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Cheval Bionique

2014-02-27T10:33:01Z

Cvanderm : /* Expérimentations */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|700px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

Une fois les coordonnées du point final acquises, on souhaite déterminer les paramètres articulaire à affecter au niveau de chaque rotule pour pouvoir atteindre le point les cordonnées souhaités.

Problème : Nous ne pouvons réaliser la MGI qu'en passant par des approximations. En effet, nous avons des solutions infinies pour rejoindre un point précis. Appliquer un algorithme de résolution à partir du MGD comme ceux que nous avons vus l'an dernier en cours de robotique s'avère possible mais nous avons alors des solutions complexes, ce qui est inutilisable pour nous.

Solution : Pour résoudre la complexité de la solution, nous avons décidé de fixer le premier angle et d'évaluer les deux autres angles en fonction de celui-ci, tout en prenant en compte le fait que nous avions un débattement limité.

Problème logiciel : Nous avions utilisé la fonction Matlab rand() afin de générer un nombre aléatoire pour fixer le premier angle. Mais la compilation de pouvait être effectuée avec la DSpace en raison de l'âge de notre version de Matlab (2006). Du coup, une valeur fixe a été attribuée à l'angle pour pouvoir être sûr de compiler.

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|400px|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

== Expérimentations ==

Nous avons expérimenté séparément les deux modèles sus-cités, afin de les valider. Cette expérience nous a pris quelques semaines.

Une fois les modèles validés, nous avons élaboré une trajectoire qui permet de donner des points intermédiaires entre le point final et le point initial de la patte. Cette partie du travail nous a pris une journée.

=== Rapport Pression/Angle ===

Nous ne savons pas encore s'il existe une proportionnalité entre la pression injectée dans le muscle et l'angle qui va en résulter. Or pour que l'on puisse réguler la position de la patte, nous devons contrôler les angles formés, et donc la pression qu'on lui fournit.

===Etude des PID possibles===

Le but étant de commander en boucle fermée le robot, nous avons cherché les paramètres de chaque PID indépendamment (segment par segment) de manière à répondre de la meilleure des façons à la perte d'angle engendrée par l'inertie de la patte.

Cheval Bionique

2014-02-27T10:31:58Z

Cvanderm : /* Etude des PDI possible */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|700px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

Une fois les coordonnées du point final acquises, on souhaite déterminer les paramètres articulaire à affecter au niveau de chaque rotule pour pouvoir atteindre le point les cordonnées souhaités.

Problème : Nous ne pouvons réaliser la MGI qu'en passant par des approximations. En effet, nous avons des solutions infinies pour rejoindre un point précis. Appliquer un algorithme de résolution à partir du MGD comme ceux que nous avons vus l'an dernier en cours de robotique s'avère possible mais nous avons alors des solutions complexes, ce qui est inutilisable pour nous.

Solution : Pour résoudre la complexité de la solution, nous avons décidé de fixer le premier angle et d'évaluer les deux autres angles en fonction de celui-ci, tout en prenant en compte le fait que nous avions un débattement limité.

Problème logiciel : Nous avions utilisé la fonction Matlab rand() afin de générer un nombre aléatoire pour fixer le premier angle. Mais la compilation de pouvait être effectuée avec la DSpace en raison de l'âge de notre version de Matlab (2006). Du coup, une valeur fixe a été attribuée à l'angle pour pouvoir être sûr de compiler.

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|400px|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

== Expérimentations ==
Nous avons expérimenté séparément les deux modèles sus-cité, afin de les valider. Cette expérience nous a pris quelques semaines.

Une fois le les modèles, validés, nous avons élaboré une trajectoire. Qui permet de donner des points intermédiaires entre le point finale et le point initiale de la patte. Cette partie du travail nous a pris une journée.
=== Rapport Pression/Angle ===

Nous ne savons pas encore s'il existe une proportionnalité entre la pression injectée dans le muscle et l'angle qui va en résulter. Or pour que l'on puisse réguler la position de la patte, nous devons contrôler les angles formés, et donc la pression qu'on lui fournit.

===Etude des PID possibles===

Le but étant de commander en boucle fermée le robot, nous avons cherché les paramètres de chaque PID indépendamment (segment par segment) de manière à répondre de la meilleure des façons à la perte d'angle engendrée par l'inertie de la patte.

Cheval Bionique

2014-02-26T15:19:13Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|700px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

Une fois les coordonnées du point final acquises, on souhaite déterminer les paramètres articulaire à affecter au niveau de chaque rotule pour pouvoir atteindre le point les cordonnées souhaités.

Problème : Nous ne pouvons réaliser la MGI qu'en passant par des approximations. En effet, nous avons des solutions infinies pour rejoindre un point précis. Appliquer un algorithme de résolution à partir du MGD comme ceux que nous avons vus l'an dernier en cours de robotique s'avère possible mais nous avons alors des solutions complexes, ce qui est inutilisable pour nous.

Solution : Pour résoudre la complexité de la solution, nous avons décidé de fixer le premier angle et d'évaluer les deux autres angles en fonction de celui-ci, tout en prenant en compte le fait que nous avions un débattement limité.

Problème logiciel : Nous avions utilisé la fonction Matlab rand() afin de générer un nombre aléatoire pour fixer le premier angle. Mais la compilation de pouvait être effectuée avec la DSpace en raison de l'âge de notre version de Matlab (2006). Du coup, une valeur fixe a été attribuée à l'angle pour pouvoir être sûr de compiler.

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|400px|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

== Expérimentations ==

=== Rapport Pression/Angle ===

Nous ne savons pas encore s'il existe une proportionnalité entre la pression injectée dans le muscle et l'angle qui va en résulter. Or pour que l'on puisse réguler la position de la patte, nous devons contrôler les angles formés, et donc la pression qu'on lui fournit.

Cheval Bionique

2014-02-25T14:26:22Z

Cvanderm : /* Expérimentations */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|700px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

Une fois les coordonnées du point final acquises, on souhaite déterminer les paramètres articulaire à affecter au niveau de chaque rotule pour pouvoir atteindre le point les cordonnées souhaités.

Problème : Nous ne pouvons réaliser la MGI qu'en passant par des approximations. En effet, nous avons des solutions infinies pour rejoindre un point précis. Appliquer un algorithme de résolution à partir du MGD comme ceux que nous avons vus l'an dernier en cours de robotique s'avère possible mais nous avons alors des solutions complexes, ce qui est inutilisable pour nous.

Solution : Pour résoudre la complexité de la solution, nous avons décidé de fixer le premier angle et d'évaluer les deux autres angles en fonction de celui-ci, tout en prenant en compte le fait que nous avions un débattement limité.

Problème logiciel : Nous avions utilisé la fonction Matlab rand() afin de générer un nombre aléatoire pour fixer le premier angle. Mais la compilation de pouvait être effectuée avec la DSpace en raison de l'âge de notre version de Matlab (2006). Du coup, une valeur fixe a été attribuée à l'angle pour pouvoir être sûr de compiler.

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|400px|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

== Expérimentations ==

=== Rapport Pression/Angle ===

Nous ne savons pas encore s'il existe une proportionnalité entre la pression injectée dans le muscle et l'angle qui va en résulter. Or pour que l'on puisse réguler la position de la patte, nous devons contrôler les angles formés, et donc la pression qu'on lui fournit.

Cheval Bionique

2014-02-25T14:18:01Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|700px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

Une fois les coordonnées du point final acquises, on souhaite déterminer les paramètres articulaire à affecter au niveau de chaque rotule pour pouvoir atteindre le point les cordonnées souhaités.

Problème : Nous ne pouvons réaliser la MGI qu'en passant par des approximations. En effet, nous avons des solutions infinies pour rejoindre un point précis. Appliquer un algorithme de résolution à partir du MGD comme ceux que nous avons vus l'an dernier en cours de robotique s'avère possible mais nous avons alors des solutions complexes, ce qui est inutilisable pour nous.

Solution : Pour résoudre la complexité de la solution, nous avons décidé de fixer le premier angle et d'évaluer les deux autres angles en fonction de celui-ci, tout en prenant en compte le fait que nous avions un débattement limité.

Problème logiciel : Nous avions utilisé la fonction Matlab rand() afin de générer un nombre aléatoire pour fixer le premier angle. Mais la compilation de pouvait être effectuée avec la DSpace en raison de l'âge de notre version de Matlab (2006). Du coup, une valeur fixe a été attribuée à l'angle pour pouvoir être sûr de compiler.

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|400px|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

== Expérimentations ==

Cheval Bionique

2014-02-25T14:02:38Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|700px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

Une fois les coordonnées du point final acquises, on souhaite déterminer les paramètres articulaire à affecter au niveau de chaque rotule pour pouvoir atteindre le point les cordonnées souhaités.

Problème : Nous ne pouvons réaliser la MGI qu'en passant par des approximations. En effet, nous avons des solutions infinies pour rejoindre un point précis. Appliquer un algorithme de résolution à partir du MGD comme ceux que nous avons vus l'an dernier en cours de robotique s'avère possible mais nous avons alors des solutions complexes, ce qui est inutilisable pour nous.

Solution : Pour résoudre la complexité de la solution, nous avons décidé de fixer le premier angle et d'évaluer les deux autres angles en fonction de celui-ci, tout en prenant en compte le fait que nous avions un débattement limité.

Problème logiciel : Nous avions utilisé la fonction Matlab rand() afin de générer un nombre aléatoire pour fixer le premier angle. Mais la compilation de pouvait être effectuée avec la DSpace en raison de l'âge de notre version de Matlab (2006). Du coup, une valeur fixe a été attribuée à l'angle pour pouvoir être sûr de compiler.

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|400px|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:48:02Z

Cvanderm : /* L'espace de travail */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|700px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|400px|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:47:41Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|800px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|400px|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:47:15Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|800px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

L'objectif de la méthode de Denavit-Hartenberg est de valider les résultats obtenus, car c'est cette méthode qui sera implémentée dans notre modèle. Pour ce, il nous faut 5 paramètres : 1 pour un angle de translation, 2 pour les angles de rotation, et 2 distances entre les axes.

On calcule les matrices de passage grâce à ces paramètres (une matrice correspond à une transition entre deux segments), puis ces matrices sont multipliées entre elles et on récupère le même système d'équation que par la méthode du calcul direct.

[[Fichier:denavit.jpg|thumb|center|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:41:10Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|800px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

Ci-dessous, on peut lire le code matlab de l'exécution du modèle géométrique direct. À valeur d'exemple, on intègre au modèle trois valeurs d'angles q1, q2 et q3 (respectivement 25°, 0° et 0°) immédiatement convertis en radians.

La matrice D intègre ces angles dans son calcul et on obtient en sortie deux résultats qui correspondent aux coordonnées (X, Y) du point final selon les angles choisis

clear all
close all
clc
%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;
%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

Pour pouvoir réaliser une MGD, il faut au préalable modéliser entièrement le système et créer un référentiel spatial pour chaque segment de la patte, car leur mouvement indépendant fait que deux segments ne partagent pas le même référentiel géométrique. Reste à définir les relations entre les angles pour pouvoir exprimer les coordonnées d'un point d'un référentiel, dans un autre référentiel.

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:33:39Z

Cvanderm : /* L'espace de travail */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|800px|Espace de travail et curseur de sélection]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

clear all
close all
clc

%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;

%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:32:38Z

Cvanderm : /* L'espace de travail */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|800px|Manomètre]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

clear all
close all
clc

%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;

%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:32:22Z

Cvanderm : /* L'espace de travail */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|1200px|Manomètre]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

clear all
close all
clc

%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;

%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:32:11Z

Cvanderm : /* L'espace de travail */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|center|200px|Manomètre]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

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clc

%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;

%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:30:44Z

Cvanderm : /* Comment fonctionne la patte ? */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|center|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|200pix|thumb|Manomètre]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

clear all
close all
clc

%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;

%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:28:32Z

Cvanderm : /* L'espace de travail */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|200pix|thumb|Manomètre]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

clear all
close all
clc

%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;

%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Fichier:Workspace.JPG

2014-02-24T13:27:46Z

Cvanderm :

Cheval Bionique

2014-02-24T13:27:21Z

Cvanderm : /* L'espace de travail */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

[[Fichier:workspace.JPG|thumb|Manomètre]]

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

clear all
close all
clc

%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;

%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:24:54Z

Cvanderm : /* L'espace de travail */

= Réalisation d'une patte de cheval bionique =

== Avant propos ==

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [http://fr.wikipedia.org/wiki/Festo_(entreprise)] Didactic et les Compagnons du Devoir [http://fr.wikipedia.org/wiki/Compagnons_du_Devoir] en 2013, il a été décidé la création d'un cheval bionique pour l'horizon 2015. C'est donc dans le cadre de cette convention que notre sujet de Projet de Fin d'Études (PFE) se pose.

Cette patte, fabriquée en collaboration entre les départements Informatique-Microélectronique-Automatique (IMA) et Conception Mécanique (CM), a pour but premier d'étendre le champ de vision des technologies mécatroniques, et de les démocratiser dans le monde étudiant par la suite.

La bionique, et le biomimétisme par association, a pour but de s'inspirer directement de la Nature et de ses "produits", afin d'en faire une reconstitution technologique fidèle, et élargir ainsi nos domaines d'application. Les technologies actuelles et futures allant en ce sens, la conception d'une patte bionique de cheval est un défi de taille pour ce PFE, et tout aussi valorisant pour notre diplôme.

== Description du modèle ==

[[Fichier:IMG_20131202_145533.JPG|thumb|left|Muscle Festo]]
La réalisation de cette patte de cheval bionique se fera à l'aide de matériel provenant de FESTO pour une grande partie. En effet, pour la réalisation des muscles, nous utilisons les muscles pneumatiques développés par FESTO. Leur principe est simple : en injectant de l'air comprimé dans celui-ci, le muscle va se contracter comme le ferait un muscle organique, et sera relâché quand il n'y aura plus d'air.

Pour rester au plus près de la Nature, nous utiliserons six muscles pneumatiques, pour trois segments mobiles. Ces segments seront des laminés censés représenter les os d'une patte. À chaque segment seront attribués deux muscles, pour respecter l'antagonisme de ces derniers.

Enfin, des liaisons rotules assureront le lien entre les segments. Une fois tous ces éléments assemblés, la contraction et le relâchement des muscles animera la patte d'un mouvement proche de celle d'un cheval.

== Objectif ==

Après avoir fournit un premier livrable pour la date du 24 Octobre 2013, devant des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École qui ont assisté à une première démonstration, le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique.

La jambe bionique doit être conçue pour pouvoir être régulée au moins en pression, après en position, et fonctionnant en boucle fermée. Ainsi l'utilisateur doit être en mesure d'exiger de la patte qu'elle se rende en une position déterminée, et que celle-ci se régule afin d'y rester.

= Journal de bord =

== Prise en main du sujet ==
Il s'agit en effet d'un projet très ambitieux, qui engage Polytech Lille, et donc les étudiants qui travaillent dessus. Un stage d'IMA4 a été réalisé sur ce sujet ; il nous faut donc nous adapter au travail réalisé. Dans un premier temps, nous avons l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique. L'étude porte sur ces différentes parties :

- Modélisation d'ensemble de la patte de cheval
- Recalcul et redimensionnement des segments et rotules
- Concertation avec les étudiants CM sur la réalisation et le montage effectif de la patte.

Voici les données du modèle définitif adoptées : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscles pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Bien que leur utilisation interviendra plus tard, nous passons à la réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer la valeur de l'angle via DSpace qu'il y a entre deux segments. Ces encodeurs, au nombre de trois, seront placés au niveau des rotules de la patte.

À la réception de l'ensemble des éléments, ce qui a pris pas mal de jours, nous pouvons enfin passer au montage final de la patte avec les encodeurs. Tout d'abord, nous réalisons l'assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis on passe au montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

== Comment fonctionne la patte ? ==

[[Fichier:IMG_20131202_145416.JPG|thumb|right|Manomètre]]

Le but premier est de faire se mouvoir la patte grâce aux muscles pneumatiques FESTO. Ces derniers ont une tolérance maximale de 6 bars. C'est-à-dire qu'en injectant une pression de 6 bars dans un muscle, ce dernier sera rétracté au maximum. En pratique, leur taille passe alors de 40 cm au repos à 35 cm comprimé.

Nous disposons dans notre salle de projet d'une arrivée d'air. Mais sa valeur est constante, il faut donc pouvoir faire varier cette valeur afin qu'elle soit adaptée à notre environnement. Nous relions alors l'arrivée d'air à un manomètre pour obtenir 6 bars, puis on passe dans une nourrice afin d'obtenir 6 entrées de pression de même valeur.

En parallèle de cette solution hardware, on développe sur ControlDesk une plateforme de contrôle de pression à base de potentiomètres et qui sera implémentée dans la DSpace, ainsi qu’un programme de commande Matlab Simulink. En reliant la DSpace à l’ordinateur et un bornier, nous sommes en mesure de faire varier une tension de commande.

Ainsi, nos sorties d’air et ces tensions de commandes sont reliées à un régulateur qui, en fonction de la tension qu’il reçoit, fournira une pression proportionnelle à celle-ci. On répète donc ce système pour chaque muscle indépendamment, et nous sommes en mesure de contrôler la compression de chaque muscle de la patte par ordinateur. Les 6 régulateurs sont alimentés sous 24 V.

[[Fichier:SF Cheval.jpg|alt=Description de l'alimentation pour un muscle|Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique]]

== Rectification de l'architecture ==

[[Fichier:architecture.jpg|vignette|upright=1.7|alt=Les différentes architectures testées|Schéma d'architecture de la patte bionique]]

Nous pouvons procéder en l'état actuel des choses aux phases de test sur un premier segment. Nous cherchons à définir l'amplitude maximale - le débattement - que possède un segment par rapport à un autre. Cette phase d'évaluation du débattement nous sera utile pour la définition de l'espace de travail de la patte.

Dans un premier temps, pour imiter au mieux la Nature, nous sommes partis sur une structure de muscles antagonistes, c'est-à-dire un muscle d'un côté et de l'autre parallèles au segment, comme on peut le retrouver dans le bras humain (biceps/triceps).

Les phases de tests avec cette architecture nous fournissent un débattement de 30° environ, ce qui est assez faible. Nous choisissons donc de modifier cette architecture pour obtenir un meilleur débattement, même si la patte perd de son côté "naturel". On part donc sur une structure de muscles antagonistes croisés, ce qui nous permet d'obtenir un débattement de 50° par segment.

== Commande de la patte ==

=== L'espace de travail ===

Définir un espace de travail consiste en l'établissement des frontières physiques de notre système. En d'autres termes, nous devons définir mathématiquement et informatiquement l'ensemble de la zone couverte par le point final de notre patte. Ce point final sera la fin du segment le plus bas (juste avant la cheville NAO).

Nous nous servons de Matlab pour définir cet espace. Pour considérer et modéliser l'ensemble de notre espace de travail, et donc tracer tous les points atteignables par la patte, il faut prendre en considération chaque point que peut atteindre chaque segment, et faire varier l'angle de débattement.

Il faut donc imbriquer trois boucles (une pour chaque segment mobile) les unes dans les autres pour obtenir l'affichage de notre espace de travail. Le problème qui se pose est la longueur de l’exécution du programme (plusieurs jours pour les machines les moins performantes), si bien que nous n'avons jamais pu obtenir l'ensemble de notre espace de travail de manière correcte.

La solution était alors de n'afficher "que" les frontières de notre espace de travail, en considérant que tout point se trouvant à l'intérieur de ces frontières était un point de notre espace de travail.

=== Le Modèle Géométrique Indirect (MGI) ===

=== Le Modèle Géométrique Direct (MGD) ===

Le MGD s'établit en fonction des longueurs de segments et des relations angulaires qui interviennent entre les segments. On utilise deux méthodes pour vérififer ce modèle : la méthode du calcul direct, et la méthode de Denavit-Hartenberg. L'objectif est de rentrer des valeurs d'angles dans Matlab et que l'on obtienne en retour la position dans l'espace de notre point final (ici, le bout du dernier segment de la patte).

[[Fichier:denavit.jpg|vignette|upright=2|alt=Méthode de Denavit-Hartenberg|Méthode de Denavit-Hartenberg]]

clear all
close all
clc

%Définition des variables d'angle
q1=25*pi/180;
q2=0*pi/180;
q3=0*pi/180;

%Matrice MGD
D=[0.40+0.43*(cos(q1)+cos(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*cos(q1+q2))-(sin(q3)*sin(q1+q2))) ;
0.43*(sin(q1)+sin(q1+q2))+0.51*((cos(q3)*sin(q1+q2))+sin(q3)*cos(q1+q2)) ;
]

[[Fichier:schema_comm.jpg|vignette|upright=4|alt=Les différentes tâches à réaliser pour commander la patte en BF|Schéma de commande de la patte bionique]]

Cheval Bionique

2014-02-24T13:14:19Z

Cvanderm : /* Description du modèle */

Cheval Bionique

2014-02-24T13:14:05Z

Cvanderm : /* Description du modèle */

Cheval Bionique

2014-02-24T13:13:26Z

Cvanderm : /* Avant propos */

Cheval Bionique

2014-02-24T13:12:49Z

Cvanderm : /* Rectification de l'architecture */

Cheval Bionique

2014-02-24T13:11:23Z

Cvanderm : /* Objectif */

Cheval Bionique

2014-02-24T13:04:43Z

Cvanderm : /* Prise en main du sujet */

Cheval Bionique

2014-02-24T13:04:18Z

Cvanderm : /* Comment fonctionne la patte ? */

Cheval Bionique

2014-02-24T12:55:16Z

Cvanderm : /* Prise en main du sujet */

Projets IMA5 2013/2014

2014-02-24T12:52:20Z

Cvanderm : /* Répartition des binômes */

Merci de référencer vos pages de projets ici. Merci aussi d'uniformiser vos formats que ce soit en regardant la présentation des projets déjà créés ou en allant modifier le format des précédents si votre façon de faire vous semble la meilleure. Dans tous les cas un minimum de communication entre les binômes est conseillée.

== Répartition des binômes ==

<table border="1">
<th>Projet</th>
<th>Elèves</th>
<th>Encadrant Ecole</th>
<th>Rapport décembre</th>

<tr><td>[[Hack NFC - Proxmark3]]</td>
<td> Samir BOUDJEMA - Fabien ROMEROWSKI </td>
<td> Thomas Vantroys / Alexandre Boé / Nicolas Defrance </td>
<td>12h05</td>
</tr>

<tr><td>[[Encaissement RFID]]</td>
<td> Lionel HOSSIE - Jean-Luc KEMAJOU </td>
<td> Thomas Vantroys / Alexandre Boé </td>
<td>15h21</td>
</tr>

<tr><td>[[Emargement électronique]]</td>
<td> Josue RUKATA - Jean-Marie VINCENTI </td>
<td> Thomas Vantroys / Alexandre Boé</td>
</tr>
<tr><td>[[Borne Oenologique]]</td>
<td> Quentin Lambert - Davy Ribreau </td>
<td> Thomas Vantroys / Yvan Peter</td>
<td>11h09</td>
</tr>
<tr><td>[[Outils de maquettage virtuel]]</td>
<td> Matthias De Bie - Pierre-Jean Petitprez </td>
<td> Laurent Grisoni</td>
<td>11h54</td>
</tr>
<tr><td>[[Plan DAO en réalité augmentée]]</td>
<td> Adel ALJANE - Célia AMEGAVIE </td>
<td> OXYLANE - Laurent Grisoni</td>
<td>11h52</td>
</tr>
<tr><td>[[BCI : Interface Cerveau Ordinateur]]</td>
<td> Charly MONTEIRO - Thomas CHAMPAGNE </td>
<td> Claudine LECOCQ</td>
<td>12h02</td>
</tr>
<tr><td>[[Chariot RFID]]</td>
<td> Céline BURTAIRE - Robin GOUENARD </td>
<td> Alexandre BOE - Rédha KASSI - Thomas VANTROYS </td>
<td>11h53</td>
</tr>
<tr><td>[[Capteur Communicant Intelligent]]</td>
<td> Bastien Chalaux - Nicolas Husse </td>
<td>Thomas Vantroys / Alexandre Boé / Nicolas Defrance</td>
<td>11h45</td>
</tr>
<tr><td>[[Cheval Bionique]]</td>
<td> Henri PAHO - Cédric VANDERMEERSCH</td>
<td> Rochdi MERZOUKI </td>
<td>11h12</td>
</tr>
<tr><td>[[Différenciation numérique et filtrage des résidus pour une supervision robuste]]</td>
<td> Omar SAADANE - Soufiane HAMDANE</td>
<td> belkacem OULD BOUAMAMA </td>
<td>12h05</td>
</tr>
<tr><td>[[Récuperation d'énergie vibratoire]]</td>
<td> Abdel-hakim MAHIR</td>
<td> Alexandre BOE / Nicolas DEFRANCE / Thomas VANTROYS </td>
<td>10h10</td>
</tr>
<tr><td>[[Chariot de prélévement intelligent]]</td>
<td> Quentin BONVALET - Brice TCHEUSSI </td>
<td> Thomas VANTROYS - Nicolas DEFRANCE - Alexandre BOE </td>
<td>10h19</td>
</tr>
<tr><td>[[Réalité Augmentée pour la chirurgie]]</td>
<td> Papa Momar MBOUP - Calvin DELBERGHE </td>
<td> Jeremie Dequidt - Nazim Haouchine </td>
<td>11h52</td>
</tr>
<tr><td>[[Développement d'une interface informatique ergonomique de contrôle commande]]</td>
<td> Shitao Xing - Nicolas Leuliet </td>
<td> Aziz Nakrachi - Dominique Bounie - Arnaud Delique </td>
<td>18h52 j-1</td>
</tr>
<tr><td>[[Véhicule Electrique]]</td>
<td> Philippe Gombault - Nicolas Mairesse </td>
<td> Philippe Delarue - Arnaud Chielens </td>
<td>17h13 j-1</td>
</tr>
<tr><td>[[Éolienne à axe vertical]]</td>
<td> Paul Théon - Vincent Moigner </td>
<td> Philippe Delarue - Rodolphe Astori </td>
</tr>
<tr><td>[[Module Northstar sur Robotino]]</td>
<td> Mathieu LENORMAND </td>
<td> Rochdi MERZOUKI </td>
<td>12h32</td>
</tr>
<tr><td>[[Evaluation du coût des threads dans un système temps réel]]</td>
<td> Mélanie LELAURE </td>
<td> Julien FORGET / Antoine BERTOUT</td>
<td></td>
</tr>
<tr><td>[[Montre - TI eZ430]]</td>
<td> Florent Chretien </td>
<td> Thomas Vantroys / Alexandre Boé</td>
<td></td>
</tr>
</table>

== Planning des soutenances jeudi 19 décembre 2013 ==

https://xavier.polytech-reseau.net:40068/ajaxservices/planning_projets/index.php?instance=PFE_IMA5_2013

== Planning des soutenances jeudi 27 février 2014 ==

Salle B301

<table border="1">
<th>Heure</th>
<th>Projet</th>
<th>Tuteur école</th>
<th>Rapport</th>

</table>

Borne Oenologique

2014-02-24T12:49:41Z

Cvanderm : /* Liste de Séances */

= Le Projet =

Tout d'abord le projet de la Borne Oenologique provient du laboratoire Lifl, via Yvan Peter. Ce projet a été proposé par Auchan afin de mieux guider ses clients dans le choix de leur vin.

[[Fichier:Simu_3d.PNG|Ebauche 3D de la future borne]]

== Matériel Requis ==

-Tablette Android 10'' (Compatible OTG et NFC Incorporer)

-Arduino Mega ADK (permettant de communiquer avec la tablette)

-Shield RFID (x2)

-Antenne NFC externe, permettant de déporter le signal NFC émis par la tablette. Du type : NFC Band-Aid de Flomio

-Borne permettant l'intégration des composants (Prévision de conception par le département mécanique)

-Plexiglas permettant la réalisation de la borne

-Moteur pour plateau à bouteille (x2)

-LED pour éclairage des bouteilles

== Fonctionalités ==

= Liste de Séances =
== Semaine 1 ==

La première semaine a été consacrée à la rencontre des différents interlocuteurs du projets ainsi qu'à la rédaction du cahier des charges, celui-ci étant primordial au développement du produit.

== Semaine 2 ==

Rédaction du cahier des charges : [[Fichier: CahierdesCharges.pdf‎]]

La deuxième semaine a été consacrée à la rencontre des différents interlocuteurs du projets, ainsi qu'à la prospection de solutions.
Après recherches, deux principales solutions s'offrent à nous concernant l'architecture du système : soit articuler le système autour d'une tablette Android, soit l'articuler autour d'un mini PC.

La première solution a l'avantage de bénéficier des atouts des tablettes tactiles actuelles, à savoir : très hautes définition de l'écran, bon comportement tactile, communication Android Beam (via le NFC). Cependant, la liaison avec les capteurs RFID sera plus dure à réaliser.
Tandis que la solution à base de mini PC a comme principal atout une gestion du bas niveau plus aisée, notamment concernant la communication avec les modules RFID.

Après réflexion, nous avons choisis la solution à base d'Android, principalement pour bénéficier de la qualité des tablettes actuelles. Cela nous permettra également d'approfondir nos connaissances vis à vis de la programmation Android.

== Semaine 3 ==
Réalisation des tests des solutions techniques retenues, à savoir :
*Test de la platine Arduino + Shield RFID : Test Réussi
*Test de dialogue Application Android + Arduino : Test Réussi

D'un point de vue applicatif, nous avons commencé à réfléchir au différentes fonctionnalités ainsi qu'à l'ergonomie de certaines vues.

Nous avons notamment réalisé le prototypage de certaines interfaces, grâce à l'application web fluidui : https://fluidui.com

Voici le prototype de l'interface permettant de comparer 2 vins entre eux :
[[Fichier:PrototypeInterfaceComparaison.jpg|400px|thumb|center|Prototype de l'interface de comparaison de 2 vins]]

== Semaine 4 ==
L'Arduino est capable de lire une puce RFID via le Shield PN532. La lecture se fait sur le secteur 4. Ainsi un numéro de série est récupéré, comme un code barre. Il est composé de 12 chiffres. Les données stockées sur la carte RFID sont en hexadécimale, du type uint8_t (8bits maximum).

L'Arduino est aussi capable via la librairie "USB Host Shield library Version 2.0" de communiquer la référence (équivalent à un code barre) vers l'appareil Android. Les tests sont effectués avec un Sony Xperia Sola en attendant l'utilisation d'une tablette tactile de type Nexus.
La transmission des données entre l'Arduino et Android se fait via un protocole série. La transmission effectuée est un tableau de 12 cases mémoires du type uint8-t.
uint8_t CODE[12];

Concernant l'application Android embarquée sur la tablette de la borne, son développement a commencé.

Nous avons dans un premier temps débuté par conceptualiser la base de données embarquée dans l'application.

Une fois l'implémentation de la base de données finie, nous avons développé un ensemble de fonctions permettant de gérer et d'accéder à la BDD. Cette BDD permet pour l'instant de caractériser les vins ainsi que les plats recommandés pour certains vins.
Voici la représentation UML de la BDD :
[[Fichier:Bdd_v1.jpg|400px|thumb|center|Représentation UML de la BDD]]
A chaque table de la BDD correspond un objet Java, qui est directement instancié après récupération dans la BDD grâce à une fonction que nous avons développé.

Parallèlement à cela, nous avons établit les grandes lignes de l'interface d'accueil, nous permettant également de vérifier le bon fonctionnement de la communication entre la tablette et l'Arduino :

[[Fichier:Accueil.png|400px|thumb|center|Page d'accueil fonctionnelle de l'application]]

== Semaine 5 ==

Mise en place du second lecteur RFID:

Après réception du deuxième lecteur RFID PN532, nous avons lancé le développement matériel pour la détection de 2 bouteilles. Le choix du BUS I2C n'est pas compatible, en effet le Shield comporte la même adresse que l'autre carte. Nous avons alors essayé de scruter chaque carte, en alimentant une carte sur deux. Cette solution n'étant pas viable à cause d'un problème de puissance de sortie sur les DigitalOupPut de l'Arduino. Un test sur le BUS SPI fut alors tenté, mais aucune librairie n'existe pour ce Shield.

La solution la plus adaptée, c'est à dire qui ne nécessite pas d'alimentation extérieure en rajout, est d'utiliser un lecteur RFID MFRC522 d'un autre constructeur spécialement conçu pour le BUS SPI. Ce qui nous permet de contourner les problèmes de compatibilité entre les cartes sur un même BUS.

Réflexion sur l'interface de recherche de vin:

- Création de la base du layout

Nous pouvons voir dans le schéma ci-dessous, un réseau de Petri montrant l'évolution du système en fonction des différents cas possibles. Le réseau de Petri ne prend, pour le moment, pas en compte le transfert vers le mobile utilisateur.

[[Fichier:Modele_fonctionnement-v2.png|400px|thumb|center|Réseau de Petri du système, cours IMA4 SA]]

Parallèlement, l'application Android côté client (installée sur le smartphone du client) a commencé à être développée.
Cette application reprendra en grande partie les fonctionnalités développées pour l'application de la borne. Elle permettra ainsi au client d'emmener avec lui certaines possibilités offertes par la borne. Elle permettra également de communiquer grâce à l'Android beam, qui est une communication NFC facilitée entre périphériques Android.
L'application contiendra la liste de fonctionnalités suivantes :
* Possibilité de rechercher un vin selon différents critères (type, prix, etc.)
* Possibilité d'ajouter des vins à ses favoris
* Possibilité de scanner un tag RFID d'un vin afin d'obtenir des informations le concernant

== Semaine 6 ==

La solution de 2 Shields basé sur des BUS différents ayant été retenu, après réception du Shield RC522 fonctionnant en SPI, nous avons pu commencer l'implémentation du code du deuxième capteur RFID dans le microcontrôleur.
Les bytes fournis par l'Arduino à la tablette sont contenus dans un tableau de 24 cases. Les 12 premières cases correspondent au code barre capté par le Shield 1 et les 12 dernières corresponde au Shield 2. Le protocole de transmission est le suivant:

1 Bouteille sur le Shield 1 ===> XXXXXXXXXXXX000000000000
1 Bouteille sur le Shield 2 ===> 000000000000XXXXXXXXXXXX
1 Bouteilles sur les Shield 1 & 2 ===> xxxxxxxxxxxxXXXXXXXXXXXX

L'application Android peut donc générer une page contenant le descriptif d'une bouteille, ou la comparaison des 2 bouteilles.

Nous scrutons en permanence le Shield 2 (RC522), pour déterminer la présence ou non d'une puce RFID. Ce qui nous permet de compléter en temps réel la variable globale transmise.
Le Shield 1 (PN522) fonctionne autrement ; lorsqu'une puce RFID est détectée, une interruption IRQ est envoyée sur la broche (n° 2) de l'Arduino. L'interruption se répète à chaque tour de la boucle principale du programme (celui-ci étant synchronisé avec la puce PN522), ce qui nous permet ici aussi de compléter en temps réel la variable globale transmise.

L'application client a avancé, l'interface de recherche de vin est terminée. Cette interface permet de filtrer les vins par type, par plage de prix, et enfin par affinité avec certains plats.

Concernant le widget de sélection de la plage de prix, celui ci n'existe pas dans le Android SDK. Il a par contre été réalisé par un développeur indépendant, le widget se trouve ici : https://code.google.com/p/range-seek-bar/

L'interface est visible sur la capture d'écran suivante :
[[Fichier:Screenshot 2013-10-21-12-38-33.png|200px|thumb|center|Interface de recherche de vins]]
Bien que l'interface soit crée, elle n'est pas encore fonctionnelle, en effet la recherche n'est pas encore finalisée.

L'implémentation de la base de données sur l'application cliente a également été réalisée.

== Semaine 7 ==

Durant cette semaine, nous avons poussé le développement matériel de la borne avec les CM5. Nous avons donc pu en tirer différents plans pour une fabrication de la borne. Avant de lancer celle-ci, certains points sont encore à définir, tel que le design définitif. La fabrication de la borne n'est prévue que pour Janvier 2014.

[[Fichier:Borne3.PNG|200px|thumb|center|]]

[[Fichier:Borne.PNG|200px|thumb|center|]]

Concernant le développement des applications, peu de nouvelles fonctionnalités ont été implémentées.

Nous avons également commencé à établir un document regroupant et caractérisant les vins que nous allons inclure dans les bases de données des applications.

== Semaine 8 ==

Durant cette semaine, nous avons mis en place un diagramme de Gantt, permettant de gérer notre projet jusqu'aux dernières semaines. Cette semaine a aussi été utilisée afin de commencer le lien entre les 2 parties du développement de l'application sur la borne.

[[Fichier:Capture 1.PNG|400px|thumb|center|GANTT du Projet]]

== Semaine 9 ==

La partie électronique du montage a maintenant aboutie. L'application dialogue correctement avec l'Arduino et celui-ci renvoie les informations correctement dans leur intégralité.

Voici le plan du montage de la partie électronique:

[[Fichier:Plan_montage_elec_bb.png|400px|thumb|center|Plan de montage de la partie électrique]]

L'intégration des différentes parties de l'application Android a nécessité quelques améliorations du code source de l'application de la borne:

- Modification de la gestion de détection des différents éléments situés sur les détecteurs

- Modification des éléments permettant le passage d'information entre les "Activity" (sur Android chaque page d'une application est nommée Activity)

== Semaine 10 ==

Suite à l'avancé du projet et à la caractérisation de certains vins que nous avons ajoutés à la base de données, nous avons remarqué que notre base de données était insuffisant pour caractériser convenablement les vins.

Nous avons donc entrepris une refonte de la base de données, en tenant compte des remarques suivantes :
* Les avis d'un expert seront visible dans la fiche d'un vin.
* Les plats conseillés et les avis des expert ne seront pas assignés de façon individuel à un vin, mais pour un type de vins.
* Etant donné qu'il existe plusieurs plats conseillés pour un même type de vin, nous avons ajouté une table de liaison entre la table "type" et la table "plat".

Voici un schéma UML de notre nouvelle base de données :

[[Fichier:Bdd v2.jpg|400px|thumb|center|Représentation de la BDD]]

== Semaine 11 ==

Durant cette semaine, nous avons reçu un tablette Android. Nous allons pouvoir adapter le design de l'application Borne en fonction de la taille de l'écran. De plus nous avons commencé à penser à la technique utilisé pour faire communiquer la tablette et le téléphone du client.

[[Fichier:Shema_process.png|600px|thumb|center|Schema du process de communication Borne - Application]]

2 méthodes sont à l'étude:

- Liaison Bluetooth

- Liaison Wifi P2P

Les 2 méthodes ont leurs avantages et leurs inconvénients. La première est conçue pour les liaisons directes, mais les débits sont faibles. La seconde possède des débits bien plus rapides et une porté supérieure. La liaison Bluetooth possède un désavantage, pour le moment ne ne voyons pas de connexion sans une UNIQUE autorisation de l'utilisateur. Ce qui réduit la simplicité d'utilisation.

Connexion par WIFI: http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/wifip2p.html
Connexion par Bluetooth : http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth.html

== Semaine 12 ==

Lors de cette semaine, nous avons pensé à l'intégration de diodes blanches au niveau de la borne pour donner un rendu meilleur à la bouteille, ainsi que pour révéler la robe du vin.
Pour cela, nous nous sommes orienté vers des diodes ULTRA BRIGHT CMS. Les caractéristiques des diodes sont les suivantes :

Puissance: 2-Watt
Longueur d'ondes: 280-780 nm
Couleur: 6000~7000K
Angle d'éclairage: 140°
Courant: 700-750 mA
Tension d'alimentation: 5V

Ces diodes sont utilisées dans l'automobile pour certains phares à LED, ainsi que certains type d'éclairage à diode, ou même les flash de téléphone portable.

[[Fichier:Hcopto0010_800.jpg|400px|thumb|center|module diode utilisé]]

L'alimentation de l'Arduino étant à fortiori insuffisante, nous devrons surement prévoir une dérivation de l'alimentation 5V pour leur usage, le module LED s'activant par le biais d'une entrée digitale.

Nous avons également finis l'implémentation de la nouvelle base de données, avec notamment la création d'une classe DAO pour chaque table, chacune de ces classes contiennent l'ensemble des méthodes nécessaires à la gestion de la table, comme l'accès aux données.

A cette échéance nous avons listé une partie des éléments à intégrer à l'application:
*Finir d’implémenter BDD
*Système de favoris sur le smartphone du client
*Partage Facebook
*Remplir la BDD avec des données
*Finir l’implémentation de la filtration des vins en fonction des plats

Puis, à partir de Janvier
*Gestion connexion avec le smartphone du client (NFC, bluetooh, wifi ?)
*Mettre en place les LED dans la borne
*Lecture correcte des tags RFID des bouteilles via rotation de la bouteille
*Système de mise à jour de la BDD simplifié

== Semaine 13 ==

Création de la carte de contrôle des LED et des moteurs car maximum du courant fournit par l'Arduino = 500mA sur sortie 5V (750mA max sur Arduino ADK)

Afin de pouvoir aisément peupler la base de données, nous avons décidé d'utiliser un logiciel nous offrant une interface graphique afin d'ajouter des entrées, ce logiciel se nomme "SQLite Database Browser" (http://sourceforge.net/projects/sqlitebrowser/). Ce logiciel nous fournit en sortie une base de données au format SQLite. En complément de cela, nous utilisons dans notre application Android une librairie tiers permettant d'importer au démarrage de l'application notre fichier de base de données. Cette librairie est disponible ici : https://github.com/jgilfelt/android-sqlite-asset-helper

[[Fichier:Sqldatabrowser.jpg‎|400px|thumb|center|SQLite Database Browser, avec notre table 'type' ouverte]]

== Semaine 14 ==

La semaine à été réservée à la réalisation du rapport de mi-projet, ainsi qu'a la préparation de la présentation.

== Semaine 15 ==

Réception des moteurs Pas-à-Pas, intégration du code de contrôle de ceux-ci dans l'Arduino.

La solution des moteurs Pas-à-Pas est liée au fait que ceux-ci sont réversibles, et permettent de contrôler le sens de rotation. Nous avons dû intégrer les fonctions de contrôle des moteurs via une interruption RTI (Real Time Interrupt) car les moteur Pas-à-Pas doivent être contrôlés avec précision, ceux-ci sans interruption ne fonctionnant pas.

Les caractéristiques moteurs sont:
*7 Phases
*Alimentation 5-12v

Nous avons également effectué quelques modifications mineures sur la base de données, nous avons ajouté les champs suivants dans la table "vin" :

*Appellation
*Cépage (Chardonay, Saumur, etc ...)
*Température de service (10c etc...)
*Garde ( 2 ans etc ...)

== Semaine 16 ==

Nous avons commencé a développer la communication entre le smartphone et la borne.
Nous avons pour cela opté pour le protocole Wifi Peer to Peer, qui permet de facilement établir une connexion wifi entre 2 dispositifs tout en ayant de bons débits et une bonne portée.

Cependant, après développement de la solution, certains inconvénient de ce type de connexion nous semblent rédhibitoires. En effet, la connexion n'est pas stable. De plus, d'un point de vue ergonomique, l'utilisateur doit activer manuellement ce type de connexion dans les paramètres avancés de son smartphone, puis autoriser manuellement la connexion, ce qui serait une véritable perte de temps pour le client.

C'est pourquoi nous avons décidé d'essayer un autre protocole : le Bluetooth. Le développement de la connexion est encore en cours de réalisation, mais ce type de connexion à l'air davantage en adéquation avec ce que nous recherchons. En effet, il est possible de rendre l'établissement de la connexion entièrement automatisé sans qu'une quelconque action soit demandée à l'utilisateur.

== Semaine 17 ==

[[Fichier:Page_search.png|200px|thumb|right|Page de recherche V1]]
[[Fichier:Page_search_v2.png|200px|thumb|left|Page de recherche V2]]

Durant cette semaine nous avons modifié le design de l'application, pour ce qui est de la page de recherche de vin en fonction du plat. A droite la première version, ayant un rendu vieillot et non pertinent pour une borne en magasin. A droite la nouvelle page permettant un attrait visuel.

Au niveau de l'application pour client, nous avons implémenté la filtration des vins par affinité de vins, et nous avons complété la fonctionnalité permettant d'ajouter des vins à ses favoris.

Nous avons aussi mis en place la liaison Bluetooth.

[[Fichier:Liaison_bluetooth_protocol.PNG|200px|thumb|center|Protocol de transfert des favoris]]

== Semaine 18 ==

La semaine a principalement été consacrée à la réalisation de la borne physique.

Initialement, nous avions prévu de réaliser la borne entièrement en plexiglas, il s'est malheureusement avéré qu'en plus du coup élevé de la matière première, l'atelier mécanique de l'école était incapable d'usiner les pièces. De même, les matières plastiques posaient différents soucis. Après prospection de différentes solutions, nous avons donc choisi de réaliser nous même la borne en bois.

Pour cela, le LIFR nous a fournis différents matériaux restant d'anciens projets :
* 2 planche de bois 120*60*1,5 cm
* 1 planche de bois 120*60*0,5 cm
* 1 plaque de plexiglass 100*50*0,5 cm
* Peintures, pinceaux, etc.

Etant donné le changement de situation, les plans crées deviennent inutilisables. Nous avons donc dû remanier les plans afin que nous puissions facilement usiner la borne.
En l'état actuel, l'assemblage de la borne a déjà commencé.

== Semaine 19 ==

Nous avons continué à usiner les différentes pièces constituant la borne, et complété l'assemblage.
Nous avons également mis au point le système de plateau tournant, permettant aux bouteilles de tourner sur elles mêmes afin que le tag RFID soit scanné à coup sûr.

Les plateaux sont réalisés en plexiglas, afin de laisser passer la lumière des diodes (s'allumant lorsqu'une bouteille est détectée). Ces plateaux sont reliés à des moteurs pas à pas se situant quelques centimètres en dessous, invisibles pour l'utilisateur. La transmission du mouvement se fait grâce à une combinaison d'engrenage, améliorant de plus le couple afin de faire correctement les bouteilles.

== Semaine 20 ==

Nous avons durant cette semaine presque finis d'assembler les différentes pièces de la borne et mis en peinture les différentes pièces.

Nous avons également mis au point et réalisé une carte d'alimentation.

Enfin, nous avons effectué les derniers perfectionnements concernant la partie software de la borne.

== Semaine 21 ==

== Semaine 22 ==

Borne Oenologique

2014-02-24T11:04:19Z

Cvanderm : /* Liste de Séance */

= Le Projet =

Tout d'abord le projet de la Borne Oenologique provient du laboratoire Lifl, via Yvan Peter. Ce projet a été proposé par Auchan afin de mieux guider ses clients dans le choix de leur vin.

[[Fichier:Simu_3d.PNG|Ebauche 3D de la future borne]]

== Matériel Requis ==

-Tablette Android 10'' (Compatible OTG et NFC Incorporer)

-Arduino Mega ADK (permettant de communiquer avec la tablette)

-Shield RFID (x2)

-Antenne NFC externe, permettant de déporter le signal NFC émis par la tablette. Du type : NFC Band-Aid de Flomio

-Borne permettant l'intégration des composants (Prévision de conception par le département mécanique)

-Plexiglas permettant la réalisation de la borne

-Moteur pour plateau à bouteille (x2)

-LED pour éclairage des bouteilles

== Fonctionalités ==

= Liste de Séances =
== Semaine 1 ==

La première semaine a été consacrée à la rencontre des différents interlocuteurs du projets ainsi qu'à la rédaction du cahier des charges, celui-ci étant primordial au développement du produit.

== Semaine 2 ==

Rédaction du cahier des charges : [[Fichier: CahierdesCharges.pdf‎]]

La deuxième semaine a été consacrée à la rencontre des différents interlocuteurs du projets, ainsi qu'à la prospection de solutions.
Après recherches, deux principales solutions s'offrent à nous concernant l'architecture du système : soit articuler le système autour d'une tablette Android, soit l'articuler autour d'un mini PC.

La première solution a l'avantage de bénéficier des atouts des tablettes tactiles actuelles, à savoir : très hautes définition de l'écran, bon comportement tactile, communication Android Beam (via le NFC). Cependant, la liaison avec les capteurs RFID sera plus dure à réaliser.
Tandis que la solution à base de mini PC a comme principal atout une gestion du bas niveau plus aisée, notamment concernant la communication avec les modules RFID.

Après réflexion, nous avons choisis la solution à base d'Android, principalement pour bénéficier de la qualité des tablettes actuelles. Cela nous permettra également d'approfondir nos connaissances vis à vis de la programmation Android.

== Semaine 3 ==
Réalisation des tests des solutions techniques retenues, à savoir :
*Test de la platine Arduino + Shield RFID : Test Réussi
*Test de dialogue Application Android + Arduino : Test Réussi

D'un point de vue applicatif, nous avons commencé à réfléchir au différentes fonctionnalités ainsi qu'à l'ergonomie de certaines vues.

Nous avons notamment réalisé le prototypage de certaines interfaces, grâce à l'application web fluidui : https://fluidui.com

Voici le prototype de l'interface permettant de comparer 2 vins entre eux :
[[Fichier:PrototypeInterfaceComparaison.jpg|400px|thumb|center|Prototype de l'interface de comparaison de 2 vins]]

== Semaine 4 ==
L'Arduino est capable de lire une puce RFID via le Shield PN532. La lecture se fait sur le secteur 4. Ainsi un numéro de série est récupéré, comme un code barre. Il est composé de 12 chiffres. Les données stockées sur la carte RFID sont en hexadécimale, du type uint8_t (8bits maximum).

L'Arduino est aussi capable via la librairie "USB Host Shield library Version 2.0" de communiquer la référence (équivalent à un code barre) vers l'appareil Android. Les tests sont effectués avec un Sony Xperia Sola en attendant l'utilisation d'une tablette tactile de type Nexus.
La transmission des données entre l'Arduino et Android se fait via un protocole série. La transmission effectuée est un tableau de 12 cases mémoires du type uint8-t.
uint8_t CODE[12];

Concernant l'application Android embarquée sur la tablette de la borne, son développement a commencé.

Nous avons dans un premier temps débuté par conceptualiser la base de données embarquée dans l'application.

Une fois l'implémentation de la base de données finie, nous avons développé un ensemble de fonctions permettant de gérer et d'accéder à la BDD. Cette BDD permet pour l'instant de caractériser les vins ainsi que les plats recommandés pour certains vins.
Voici la représentation UML de la BDD :
[[Fichier:Bdd_v1.jpg|400px|thumb|center|Représentation UML de la BDD]]
A chaque table de la BDD correspond un objet Java, qui est directement instancié après récupération dans la BDD grâce à une fonction que nous avons développé.

Parallèlement à cela, nous avons établit les grandes lignes de l'interface d'accueil, nous permettant également de vérifier le bon fonctionnement de la communication entre la tablette et l'Arduino :

[[Fichier:Accueil.png|400px|thumb|center|Page d'accueil fonctionnelle de l'application]]

== Semaine 5 ==

Mise en place du second lecteur RFID:

Après réception du deuxième lecteur RFID PN532, nous avons lancé le développement matériel pour la détection de 2 bouteilles. Le choix du BUS I2C n'est pas compatible, en effet le Shield comporte la même adresse que l'autre carte. Nous avons alors essayé de scruter chaque carte, en alimentant une carte sur deux. Cette solution n'étant pas viable à cause d'un problème de puissance de sortie sur les DigitalOupPut de l'Arduino. Un test sur le BUS SPI fut alors tenté, mais aucune librairie n'existe pour ce Shield.

La solution la plus adaptée, c'est à dire qui ne nécessite pas d'alimentation extérieure en rajout, est d'utiliser un lecteur RFID MFRC522 d'un autre constructeur spécialement conçu pour le BUS SPI. Ce qui nous permet de contourner les problèmes de compatibilité entre les cartes sur un même BUS.

Réflexion sur l'interface de recherche de vin:

- Création de la base du layout

Nous pouvons voir dans le schéma ci-dessous, un réseau de Petri montrant l'évolution du système en fonction des différents cas possibles. Le réseau de Petri ne prend, pour le moment, pas en compte le transfert vers le mobile utilisateur.

[[Fichier:Modele_fonctionnement-v2.png|400px|thumb|center|Réseau de Petri du système, cours IMA4 SA]]

Parallèlement, l'application Android côté client (installée sur le smartphone du client) a commencé à être développée.
Cette application reprendra en grande partie les fonctionnalités développées pour l'application de la borne. Elle permettra ainsi au client d'emmener avec lui certaines possibilités offertes par la borne. Elle permettra également de communiquer grâce à l'Android beam, qui est une communication NFC facilitée entre périphériques Android.
L'application contiendra la liste de fonctionnalités suivantes :
* Possibilité de rechercher un vin selon différents critères (type, prix, etc.)
* Possibilité d'ajouter des vins à ses favoris
* Possibilité de scanner un tag RFID d'un vin afin d'obtenir des informations le concernant

== Semaine 6 ==

La solution de 2 Shields basé sur des BUS différents ayant été retenu, après réception du Shield RC522 fonctionnant en SPI, nous avons pu commencer l'implémentation du code du deuxième capteur RFID dans le microcontrôleur.
Les bytes fournis par l'Arduino à la tablette sont contenus dans un tableau de 24 cases. Les 12 premières cases correspondent au code barre capté par le Shield 1 et les 12 dernières corresponde au Shield 2. Le protocole de transmission est le suivant:

1 Bouteille sur le Shield 1 ===> XXXXXXXXXXXX000000000000
1 Bouteille sur le Shield 2 ===> 000000000000XXXXXXXXXXXX
1 Bouteilles sur les Shield 1 & 2 ===> xxxxxxxxxxxxXXXXXXXXXXXX

L'application Android peut donc générer une page contenant le descriptif d'une bouteille, ou la comparaison des 2 bouteilles.

Nous scrutons en permanence le Shield 2 (RC522), pour déterminer la présence ou non d'une puce RFID. Ce qui nous permet de compléter en temps réel la variable globale transmise.
Le Shield 1 (PN522) fonctionne autrement ; lorsqu'une puce RFID est détectée, une interruption IRQ est envoyée sur la broche (n° 2) de l'Arduino. L'interruption se répète à chaque tour de la boucle principale du programme (celui-ci étant synchronisé avec la puce PN522), ce qui nous permet ici aussi de compléter en temps réel la variable globale transmise.

L'application client a avancé, l'interface de recherche de vin est terminée. Cette interface permet de filtrer les vins par type, par plage de prix, et enfin par affinité avec certains plats.

Concernant le widget de sélection de la plage de prix, celui ci n'existe pas dans le Android SDK. Il a par contre été réalisé par un développeur indépendant, le widget se trouve ici : https://code.google.com/p/range-seek-bar/

L'interface est visible sur la capture d'écran suivante :
[[Fichier:Screenshot 2013-10-21-12-38-33.png|200px|thumb|center|Interface de recherche de vins]]
Bien que l'interface soit crée, elle n'est pas encore fonctionnelle, en effet la recherche n'est pas encore finalisée.

L'implémentation de la base de données sur l'application cliente a également été réalisée.

== Semaine 7 ==

Durant cette semaine, nous avons poussé le développement matériel de la borne avec les CM5. Nous avons donc pu en tirer différents plans pour une fabrication de la borne. Avant de lancer celle-ci, certains points sont encore à définir, tel que le design définitif. La fabrication de la borne n'est prévue que pour Janvier 2014.

[[Fichier:Borne3.PNG|200px|thumb|center|]]

[[Fichier:Borne.PNG|200px|thumb|center|]]

Concernant le développement des applications, peu de nouvelles fonctionnalités ont été implémentées.

Nous avons également commencé à établir un document regroupant et caractérisant les vins que nous allons inclure dans les bases de données des applications.

== Semaine 8 ==

Durant cette semaine, nous avons mis en place un diagramme de Gantt, permettant de gérer notre projet jusqu'aux dernières semaines. Cette semaine a aussi été utilisée afin de commencer le lien entre les 2 parties du développement de l'application sur la borne.

[[Fichier:Capture 1.PNG|400px|thumb|center|GANTT du Projet]]

== Semaine 9 ==

La partie électronique du montage a maintenant aboutie. L'application dialogue correctement avec l'Arduino et celui-ci renvoie les informations correctement dans leur intégralité.

Voici le plan du montage de la partie électronique:

[[Fichier:Plan_montage_elec_bb.png|400px|thumb|center|Plan de montage de la partie électrique]]

L'intégration des différentes parties de l'application Android a nécessité quelques améliorations du code source de l'application de la borne:

- Modification de la gestion de détection des différents éléments situés sur les détecteurs

- Modification des éléments permettant le passage d'information entre les "Activity" (sur Android chaque page d'une application est nommée Activity)

== Semaine 10 ==

Suite à l'avancé du projet et à la caractérisation de certains vins que nous avons ajoutés à la base de données, nous avons remarqué que notre base de données était insuffisant pour caractériser convenablement les vins.

Nous avons donc entrepris une refonte de la base de données, en tenant compte des remarques suivantes :
* Les avis d'un expert seront visible dans la fiche d'un vin.
* Les plats conseillés et les avis des expert ne seront pas assignés de façon individuel à un vin, mais pour un type de vins.
* Etant donné qu'il existe plusieurs plats conseillés pour un même type de vin, nous avons ajouté une table de liaison entre la table "type" et la table "plat".

Voici un schéma UML de notre nouvelle base de données :

[[Fichier:Bdd v2.jpg|400px|thumb|center|Représentation de la BDD]]

== Semaine 11 ==

Durant cette semaine, nous avons reçu un tablette Android. Nous allons pouvoir adapter le design de l'application Borne en fonction de la taille de l'écran. De plus nous avons commencé à penser à la technique utilisé pour faire communiquer la tablette et le téléphone du client.

[[Fichier:Shema_process.png|600px|thumb|center|Schema du process de communication Borne - Application]]

2 méthodes sont à l'étude:

- Liaison Bluetooth

- Liaison Wifi P2P

Les 2 méthodes ont leurs avantages et leurs inconvénients. La première est conçu pour les liaison directes, mais les débits sont faibles. La seconde possède des débits bien plus rapide et une porté supérieur. La liaison Bluetooth, possède un désavantage, pour le moment ne ne voyons pas de connexion sans une UNIQUE autorisation de l'utilisateur. Ce qui réduit la simplicité d'utilisation.

Connextion par WIFI: http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/wifip2p.html
Connection par Bluetooth : http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth.html

== Semaine 12 ==

Lors de cette semaine, nous avons pensé à l'intégration de diode blanche au niveau de la borne pour donner un rendu meilleur à la bouteille, ainsi que pour révélé la robe du vin.
Pour cela, nous nous sommes orienté vers des diodes ULTRA BRIGHT CMS. Les caractéristiques des diodes sont les suivantes :

Puissance: 2-Watt
Longueur d'ondes: 280-780 nm
Couleur: 6000~7000K
Angle d'éclairage: 140°
Courant: 700-750 mA
Tension d'alimentation: 5V

Ces diodes sont utilisé dans l'automobile pour certain phare à LED, ainsi que certains type d'éclairage à diode, ou même les flash de téléphone portable.

[[Fichier:Hcopto0010_800.jpg|400px|thumb|center|module diode utilisé]]

L'alimentation de l'Arduino n'étant à forciori insuffisente, nous devrons surement prévoir une dérivation de l'alimentation 5V pour leurs usage. Le module LED s'activant par le biais d'une entrée digitale.

Nous avons également finis l'implémentation de la nouvelle base de données. Avec notamment la création d'une classe DAO pour chaque table, chacune de ses classes contiennent l'ensemble des méthodes nécessaire à la gestion de la table, comme l'accès aux données.

A cette échéance nous avons listé une parti des éléments à intégrer à l'application:
*Finir d’implémenter BDD
*Système de favori sur le smartphone du client
*Partage Facebook
*Remplir la BDD avec des données
*Finir l’implémentation de la filtration des vins en fonction des plats

Puis, à partir de Janvier
*Gestion connexion avec le smartphone du client (NFC, bluetooh, wifi ?)
*Mettre en place les LED dasn la borne
*Lecture correcte des tags RFID des bouteilles via rotation de la bouteille
*Système de mise à jour de la BDD simplifié

== Semaine 13 ==

Création de la carte de contrôle des LED et des moteurs car maximum du courant fournit par l'Arduino = 500mA sur sorti 5V (750mA max sur Arduino ADK)

Afin de pouvoir aisément peupler la base de données, nous avons décidé d'utiliser un logiciel nous offrant une interface graphique afin d'ajouter des entrées, ce logiciel se nomme "SQLite Database Browser" (http://sourceforge.net/projects/sqlitebrowser/). Ce logiciel nous fournit en sortie une base de données au format SQLite. En complément de cela, nous utilisons dans notre application Android une librairie tiers permettant d'importer au démarrage de l'application notre fichier de base de données. Cette librairie est disponible ici : https://github.com/jgilfelt/android-sqlite-asset-helper

[[Fichier:Sqldatabrowser.jpg‎|400px|thumb|center|SQLite Database Browser, avec notre table 'type' ouverte]]

== Semaine 14 ==

La semaine à été réservé à la réalisation du rapport de mi-projet, ainsi qu'a la préparation de la présentation.

== Semaine 15 ==

Réception des moteurs Pas-à-Pas, intégration du code de contrôle de ceux-ci dans l'Arduino.

La solution des moteurs Pas-à-Pas est lié au fait que ceux-ci sont réversible, et permettent de contrôler le sens de rotation. Nous avons dû intégrer les fonctions de contrôle des moteurs via une interruption RTI (Real Time Interrupt) car les moteur Pas-à-Pas doivent être contrôler avec précision, ceux-ci sans interruption ne fonctionnait pas.

Les caractéristiques moteurs sont:
*7 Phases
*Alimentation 5-12v

Nous avons également effectué quelques modifications mineures sur la base de données, nous avons ajouté les champs suivant dans la table "vin" :

*Appelation
*Cépage (Chardonay, Saumur, etc ...)
*Température de service (10c etc...)
*Garde ( 2 ans etc ...)

== Semaine 16 ==

Nous avons commencé a développer la communication entre le smartphone et la borne.
Nous avons pour cela opté pour le protocole Wifi Peer to Peer, qui permet de facilement établir une connexion wifi entre 2 dispositifs tout en ayant de bons débits et une bonne portée.

Cependant, après développement de la solution, certains inconvénient de ce type de connexion nous semble rédhibitoire. En effet, la connexion n'est pas stable. De plus, d'un point de vue ergonomique, l'utilisateur doit activer manuellement ce type de connexion dans les paramètres avancé de son smartphone, puis autoriser manuellement la connexion, ce qui serait une véritable perte de temps pour le client.

C'est pourquoi nous avons décidé d'essayer un autre protocole : le Bluetooth. Le développement de la connexion est encore en cours de réalisation, mais ce type de connexion à l'air davantage en adéquation avec ce que nous recherchons. En effet, il est possible de rendre l'établissement de la connexion entièrement automatisé sans qu'une quelconque action soit demandée à l'utilisateur.

== Semaine 17 ==

[[Fichier:Page_search.png|200px|thumb|right|Page de recherche V1]]
[[Fichier:Page_search_v2.png|200px|thumb|left|Page de recherche V2]]

Durant cette semaine nous avons modifier le design de l'application, pour ce qui est de la page de recherche de vin en fonction du plat. A droite la première version, ayant un rendu vieillot et non pertinant pour une borne en magasin. A droite la nouvelle page permettant un attrait visuel.

Au niveau de l'application pour client, nous avons implémenté la filtration des vins par affinité de vins, et nous avons complété la fonctionnalité permettant d'ajouter des vins à ses favoris.

Nous avons aussi mis en place la liaison Bluetooth.

[[Fichier:Liaison_bluetooth_protocol.PNG|200px|thumb|center|Protocol de transfert des favoris]]

== Semaine 18 ==

La semaine a principalement été consacrée à la réalisation de la borne physique.

Initialement, nous avions prévu de réaliser la borne entièrement en plexiglass, il s'est malheureusement avéré qu'en plus du coup élevé de la matière première, l'atelier mécanique de l'école était incapable d'usiner les pièces. De même, les matières plastique posées différents soucis. Après prospections de différentes solutions, nous avons donc choisi de réaliser nous même la borne en bois.

Pour cela, le LIFR nous a fournis différents matériaux restant d'anciens projets :
* 2 planche de bois 120*60*1,5 cm
* 1 planche de bois 120*60*0,5 cm
* 1 plaque de plexiglass 100*50*0,5 cm
* Peintures, pinceaux, etc.

Etant donné le changement de situation, les plans crées deviennent inutilisable. Nous avons donc dû remanier les plans afin que nous puissions facilement usiner la borne.
En l'état actuelle, l'assemblage de la borne a déjà commencé.

== Semaine 19 ==

Nous avons continuer à usiner les différentes pièces constituant la borne, et complété l'assemblage.
Nous avons également mis au point le système de plateau tournant, permettant au bouteilles de tourner sur elles mêmes afin que le tag RFID soit scanné à coup sur.

Les plateaux sont réalisé en plexiglass, afin de laisser passer la lumière des diode (s'allumant lorsqu'une bouteille est détecté). Ces plateaux sont reliés à des moteurs pas à pas ce situant quelque centimètre en dessous, invisible pour l'utilisateur. La transmission du mouvement se fait grâce à une combinaison d'engrenage, améliorant de plus le couple afin de faire correctement les bouteilles.

== Semaine 20 ==

Nous avons durant cette semaine presque finis d'assembler les différentes pièces de la borne et mis en peinture les différentes pièces.

Nous avons également mis au point et réalisé une carte d'alimentation.

Enfin, nous avons effectué les derniers perfectionnements concernant la partie software de la borne.

== Semaine 21 ==

== Semaine 22 ==

Borne Oenologique

2014-02-24T10:52:44Z

Cvanderm : /* Le Projet */

= Le Projet =

Tout d'abord le projet de la Borne Oenologique provient du laboratoire Lifl, via Yvan Peter. Ce projet a été proposé par Auchan afin de mieux guider ses clients dans le choix de leur vin.

[[Fichier:Simu_3d.PNG|Ebauche 3D de la future borne]]

== Matériel Requis ==

-Tablette Android 10'' (Compatible OTG et NFC Incorporer)

-Arduino Mega ADK (permettant de communiquer avec la tablette)

-Shield RFID (x2)

-Antenne NFC externe, permettant de déporter le signal NFC émis par la tablette. Du type : NFC Band-Aid de Flomio

-Borne permettant l'intégration des composants (Prévision de conception par le département mécanique)

-Plexiglas permettant la réalisation de la borne

-Moteur pour plateau à bouteille (x2)

-LED pour éclairage des bouteilles

== Fonctionalités ==

= Liste de Séance =
== Semaine 1 ==

La première semaine à été consacrée à la rencontre des différents interlocuteurs du projets ainsi qu'a la rédaction du cahier des charges. Celui-ci étant primordial au développement du produit.

== Semaine 2 ==

Rédaction du cahier des charges : [[Fichier: CahierdesCharges.pdf‎]]

La deuxième semaine à été consacrée à la rencontre des différents interlocuteurs du projets, ainsi qu'à la prospection de solutions.
Après recherches, deux principales solutions s'offrent à nous concernant l'architecture du système : soit articuler le système autour d'une tablette Android, soit l'articuler autour d'un mini PC.

La première solution à l'avantage de bénéficier des atouts des tablettes tactiles actuelles, à savoir : très hautes définition de l'écran, bon comportement tactile, communication Android Beam (via le NFC). Cependant, la liaison avec les capteurs RFID sera plus dur à réaliser.
Tandis que la solution à base de mini PC a comme principal atout une gestion du bas niveau plus aisée, notamment concernant la communication avec les modules RFID.

Après réflexion, nous avons choisis la solution à base d'Android, principalement pour bénéficier de la qualité des tablettes actuelles. Cela nous permettra également d'approfondir nos connaissances vis à vis de la programmation Android.

== Semaine 3 ==
Réalisation des tests des solutions techniques retenues, à savoir :
*Test de la platine Arduino + Shield RFID : Test Réussi
*Test de dialogue Application Android + Arduino : Test Réussi

D'un point de vue applicatif, nous avons commencé à réfléchir au différentes fonctionnalités ainsi qu'à l'ergonomie de certaine vue.

Nous avons notamment réalisé le prototypages de certaines interface, grâce à l'application web fluidui : https://fluidui.com

Voici le prototype de l'interface permettant de comparer 2 vins entre eux :
[[Fichier:PrototypeInterfaceComparaison.jpg|400px|thumb|center|Prototype de l'interface de comparaison de 2 vins]]

== Semaine 4 ==
L'Arduino est capable de lire une puce RFID via le Shield PN532. La lecture se fait sur le secteur 4. Ainsi un numéro de série est récupéré, comme un code barre. Il est composé de 12 chiffres. Les données stocker sur la carte RFID sont en hexadécimale, du type uint8_t (8bits maximum).

L'Arduino est aussi capable via la librairie "USB Host Shield library Version 2.0" de communiquer la référence (équivalent à un code barre) vers l'appareil Android. Les tests sont effectués avec un Sony Xperia Sola en attendant l'utilisation d'une tablette tactile de type Nexus.
La transmission des données entre l'Arduino et Android se fait via un protocole série. La transmission effectué est un tableau de 12 cases mémoires du type uint8-t.
uint8_t CODE[12];

Concernant l'application Android embarquée sur la tablette de la borne, sont développement a commencée.

Nous avons dans un premier temps débuté par conceptualiser la base de données embarquée dans l'application.

Une fois l'implémentation de la base de données finis, nous avons développé un ensemble de fonctions permettant de gérer et d'accéder à la BDD. Cette BDD permet pour l'instant de caractériser les vins ainsi que les plats recommandés pour certains vins.
Voici la représentation UML de la BDD :
[[Fichier:Bdd_v1.jpg|400px|thumb|center|Représentation UML de la BDD]]
A chaque table de la BDD correspond un objet Java, qui est directement instancié après récupération dans la BDD grâce à une fonction que nous avons développé.

Parrallèlement à cela, nous avons établit les grande ligne de l'interface d'accueil, nous permettant également de vérifier le bon fonctionnement de la communication entre la tablette et l'Arduino :

[[Fichier:Accueil.png|400px|thumb|center|Page d'accueil fonctionnelle de l'application]]

== Semaine 5 ==

Mise en place du second lecteur RFID:

Après réception du deuxième lecteur RFID PN532, nous avons lancé le développement matériel pour la détection de 2 bouteilles. Le choix du BUS I2C n'est pas compatible, en effet le Shield comporte la même adresse que l'autre carte. Nous avons alors essayer de scruter chaque carte, en alimentant une carte sur deux. Cette solution n'étant pas viable à cause d'un problème de puissance de sorti sur les DigitalOupPut de l'Arduino. Un test sur le BUS SPI fût alors tenté, mais aucune librairie n'existe pour ce Shield.

La solution la plus adapté, c'est à dire qui ne nécessite pas d'alimentation extérieur en rajout, est d'utiliser un lecteur RFID MFRC522 d'un autre constructeur spécialement conçu pour le BUS SPI. Ce qui nous permet de contourner les problèmes de compatibilité entre les cartes sur un même BUS.

Reflexion sur l'interface de recherche de vin:

- Creation de la base du layout

Nous pouvons voir dans le schéma ci-dessous, un réseau de Petri montrant l'évolution du système en fonction des différents cas possible. Le réseau de Petri, ne prend, pour le moment, pas en compte le transfert vers le mobile utilisateur.

[[Fichier:Modele_fonctionnement-v2.png|400px|thumb|center|Réseau de Petri du système, cours IMA4 SA]]

Parallèlement, l'application Android côté client (installée sur le smartphone du client) a commencé à être développée.
Cette application reprendra en grande partie les fonctionnalités développées pour l'application de la borne. Elle permettra ainsi au client d'emmener avec lui certaines possibilités offerte par la borne. Elle permettra également de communiquer grâce à l'Android beam, qui est une communication NFC facilitée entre périphériques Android.
L'application contiendra la liste de fonctionnalités suivantes :
* Possibilité de rechercher un vin selon différents critères (type, prix, etc.)
* Possibilité d'ajouter des vins à ses favoris
* Possibilité de scanner un tag RFID d'un vin afin d'obtenir des informations le concernant

== Semaine 6 ==

La solution de 2 Shields basé sur des BUS différents ayant été retenu, après réception du Shield RC522 fonctionnant en SPI, nous avons pu commencer l'implémentation du code du deuxième capteur RFID dans le microcontrôleur.
Les bytes fournis par l'Arduino à la tablette sont contenu dans un tableau de 24 cases. Les 12 premières cases corresponde au code barre capté par le Shield 1 et les 12 dernières corresponde au Shield 2. Le protocole de transmission est le suivant:

1 Bouteille sur le Shield 1 ===> XXXXXXXXXXXX000000000000
1 Bouteille sur le Shield 2 ===> 000000000000XXXXXXXXXXXX
1 Bouteilles sur les Shield 1 & 2 ===> xxxxxxxxxxxxXXXXXXXXXXXX

L'application Android peux donc générer une page contenant le descriptif d'une bouteille, ou la comparaison des 2 bouteilles.

Nous scrutons en permanence le Shield 2 (RC522), pour déterminer la présence ou non d'une puce RFID. Ce qui nous permet de complèter en temps réel la variable global transmise.
Le Shield 1 (PN522), fonctionne autrement, lorsqu'une puce RFID est détecté une interruption IRQ est envoyer sur la broche (n° 2) de l'Arduino. L'interruption se répète à chaque tour de la boucle principale du programme (celui-ci étant synchronisé avec la puce PN522), ce qui nous permet ici aussi de compléter en temps réel la variable global transmise.

L'application client a avancée, l'interface de recherche de vin est terminée. Cette interface permet de filtrer les vins par type, par plage de prix, et enfin par affinité avec certains plats.

Concernant le widget de sélection de la plage de prix, celui ci n'existe pas dans le Android SDK. Il a a par contre été réalisé par un développeur indépendant, le widget peut se trouve ici : https://code.google.com/p/range-seek-bar/

L'interface est visible sur la capture d'écran suivante :
[[Fichier:Screenshot 2013-10-21-12-38-33.png|200px|thumb|center|Interface de recherche de vins]]
Bien que l'interface est crée, elle n'est pas encore fonctionelle, en effet la recherche n'est pas encore finalisée.

L'implémentation de la base de données sur l'application cliente a également été réalisé.

== Semaine 7 ==

Durant cette semaine, nous avons pousser le développement matériel de la borne avec les CM5. Nous avons donc pu en tirer différents plans pour une fabrication de la borne. Avant de lancer celle-ci, certains points sont encore à définir, tel le design définitif. La fabrication de la borne n'est prévu que pour Janvier 2014.

[[Fichier:Borne3.PNG|200px|thumb|center|]]

[[Fichier:Borne.PNG|200px|thumb|center|]]

Concernant le développement des application, peu de nouvelles fonctionnalités ont été implémentées.

Nous avons également commencé à établir un document regroupant et caractérisant les vins que nous allons inclure dans les bases de données des applications.

== Semaine 8 ==

Durant cette semaine, nous avons mis en place un diagramme de Gantt, permettant de gérer notre projet jusqu'aux dernières semaines. Cette semaine à aussi été utiliser afin de commencer le lien entre les 2 parties du developpement de l'application sur la borne.

[[Fichier:Capture 1.PNG|400px|thumb|center|GANTT du Projet]]

== Semaine 9 ==

La partie électronique du montage est maintenant abouti. L'application dialogue correctement avec l'Arduino et celui-ci renvoie les informations correctement dans leur intégralité.

Voici le plan du montage de la partie électronique:

[[Fichier:Plan_montage_elec_bb.png|400px|thumb|center|Plan de montage de la partie électrique]]

L'intégration des différentes parties de l'application Android à nécessité quelques amélioration du code source de l'application de la borne:

- Modification de la gestion de détection des différents éléments situé sur les détecteurs

- Modification des éléments permettant le passage d'information entre les "Activity" (Sur Android chaques pages d'une application est nommée Activity)

== Semaine 10 ==

Suite à l'avancé du projet et à la caractérisation de certains vins que nous avons ajoutés à la base de données, nous avons remarqué que notre base de données était insuffisant pour caractériser convenablement les vins.

Nous avons donc entrepris une refonte de la base de données, en tenant compte des remarques suivantes :
* Les avis d'un expert seront visible dans la fiche d'un vin.
* Les plats conseillés et les avis des expert ne seront pas assignés de façon individuel à un vin, mais pour un type de vins.
* Etant donné qu'il existe plusieurs plats conseillés pour un même type de vin, nous avons ajouté une table de liaison entre la table "type" et la table "plat".

Voici un schéma UML de notre nouvelle base de données :

[[Fichier:Bdd v2.jpg|400px|thumb|center|Représentation de la BDD]]

== Semaine 11 ==

Durant cette semaine, nous avons reçu un tablette Android. Nous allons pouvoir adapter le design de l'application Borne en fonction de la taille de l'écran. De plus nous avons commencé à penser à la technique utilisé pour faire communiquer la tablette et le téléphone du client.

[[Fichier:Shema_process.png|600px|thumb|center|Schema du process de communication Borne - Application]]

2 méthodes sont à l'étude:

- Liaison Bluetooth

- Liaison Wifi P2P

Les 2 méthodes ont leurs avantages et leurs inconvénients. La première est conçu pour les liaison directes, mais les débits sont faibles. La seconde possède des débits bien plus rapide et une porté supérieur. La liaison Bluetooth, possède un désavantage, pour le moment ne ne voyons pas de connexion sans une UNIQUE autorisation de l'utilisateur. Ce qui réduit la simplicité d'utilisation.

Connextion par WIFI: http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/wifip2p.html
Connection par Bluetooth : http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth.html

== Semaine 12 ==

Lors de cette semaine, nous avons pensé à l'intégration de diode blanche au niveau de la borne pour donner un rendu meilleur à la bouteille, ainsi que pour révélé la robe du vin.
Pour cela, nous nous sommes orienté vers des diodes ULTRA BRIGHT CMS. Les caractéristiques des diodes sont les suivantes :

Puissance: 2-Watt
Longueur d'ondes: 280-780 nm
Couleur: 6000~7000K
Angle d'éclairage: 140°
Courant: 700-750 mA
Tension d'alimentation: 5V

Ces diodes sont utilisé dans l'automobile pour certain phare à LED, ainsi que certains type d'éclairage à diode, ou même les flash de téléphone portable.

[[Fichier:Hcopto0010_800.jpg|400px|thumb|center|module diode utilisé]]

L'alimentation de l'Arduino n'étant à forciori insuffisente, nous devrons surement prévoir une dérivation de l'alimentation 5V pour leurs usage. Le module LED s'activant par le biais d'une entrée digitale.

Nous avons également finis l'implémentation de la nouvelle base de données. Avec notamment la création d'une classe DAO pour chaque table, chacune de ses classes contiennent l'ensemble des méthodes nécessaire à la gestion de la table, comme l'accès aux données.

A cette échéance nous avons listé une parti des éléments à intégrer à l'application:
*Finir d’implémenter BDD
*Système de favori sur le smartphone du client
*Partage Facebook
*Remplir la BDD avec des données
*Finir l’implémentation de la filtration des vins en fonction des plats

Puis, à partir de Janvier
*Gestion connexion avec le smartphone du client (NFC, bluetooh, wifi ?)
*Mettre en place les LED dasn la borne
*Lecture correcte des tags RFID des bouteilles via rotation de la bouteille
*Système de mise à jour de la BDD simplifié

== Semaine 13 ==

Création de la carte de contrôle des LED et des moteurs car maximum du courant fournit par l'Arduino = 500mA sur sorti 5V (750mA max sur Arduino ADK)

Afin de pouvoir aisément peupler la base de données, nous avons décidé d'utiliser un logiciel nous offrant une interface graphique afin d'ajouter des entrées, ce logiciel se nomme "SQLite Database Browser" (http://sourceforge.net/projects/sqlitebrowser/). Ce logiciel nous fournit en sortie une base de données au format SQLite. En complément de cela, nous utilisons dans notre application Android une librairie tiers permettant d'importer au démarrage de l'application notre fichier de base de données. Cette librairie est disponible ici : https://github.com/jgilfelt/android-sqlite-asset-helper

[[Fichier:Sqldatabrowser.jpg‎|400px|thumb|center|SQLite Database Browser, avec notre table 'type' ouverte]]

== Semaine 14 ==

La semaine à été réservé à la réalisation du rapport de mi-projet, ainsi qu'a la préparation de la présentation.

== Semaine 15 ==

Réception des moteurs Pas-à-Pas, intégration du code de contrôle de ceux-ci dans l'Arduino.

La solution des moteurs Pas-à-Pas est lié au fait que ceux-ci sont réversible, et permettent de contrôler le sens de rotation. Nous avons dû intégrer les fonctions de contrôle des moteurs via une interruption RTI (Real Time Interrupt) car les moteur Pas-à-Pas doivent être contrôler avec précision, ceux-ci sans interruption ne fonctionnait pas.

Les caractéristiques moteurs sont:
*7 Phases
*Alimentation 5-12v

Nous avons également effectué quelques modifications mineures sur la base de données, nous avons ajouté les champs suivant dans la table "vin" :

*Appelation
*Cépage (Chardonay, Saumur, etc ...)
*Température de service (10c etc...)
*Garde ( 2 ans etc ...)

== Semaine 16 ==

Nous avons commencé a développer la communication entre le smartphone et la borne.
Nous avons pour cela opté pour le protocole Wifi Peer to Peer, qui permet de facilement établir une connexion wifi entre 2 dispositifs tout en ayant de bons débits et une bonne portée.

Cependant, après développement de la solution, certains inconvénient de ce type de connexion nous semble rédhibitoire. En effet, la connexion n'est pas stable. De plus, d'un point de vue ergonomique, l'utilisateur doit activer manuellement ce type de connexion dans les paramètres avancé de son smartphone, puis autoriser manuellement la connexion, ce qui serait une véritable perte de temps pour le client.

C'est pourquoi nous avons décidé d'essayer un autre protocole : le Bluetooth. Le développement de la connexion est encore en cours de réalisation, mais ce type de connexion à l'air davantage en adéquation avec ce que nous recherchons. En effet, il est possible de rendre l'établissement de la connexion entièrement automatisé sans qu'une quelconque action soit demandée à l'utilisateur.

== Semaine 17 ==

[[Fichier:Page_search.png|200px|thumb|right|Page de recherche V1]]
[[Fichier:Page_search_v2.png|200px|thumb|left|Page de recherche V2]]

Durant cette semaine nous avons modifier le design de l'application, pour ce qui est de la page de recherche de vin en fonction du plat. A droite la première version, ayant un rendu vieillot et non pertinant pour une borne en magasin. A droite la nouvelle page permettant un attrait visuel.

Au niveau de l'application pour client, nous avons implémenté la filtration des vins par affinité de vins, et nous avons complété la fonctionnalité permettant d'ajouter des vins à ses favoris.

Nous avons aussi mis en place la liaison Bluetooth.

[[Fichier:Liaison_bluetooth_protocol.PNG|200px|thumb|center|Protocol de transfert des favoris]]

== Semaine 18 ==

La semaine a principalement été consacrée à la réalisation de la borne physique.

Initialement, nous avions prévu de réaliser la borne entièrement en plexiglass, il s'est malheureusement avéré qu'en plus du coup élevé de la matière première, l'atelier mécanique de l'école était incapable d'usiner les pièces. De même, les matières plastique posées différents soucis. Après prospections de différentes solutions, nous avons donc choisi de réaliser nous même la borne en bois.

Pour cela, le LIFR nous a fournis différents matériaux restant d'anciens projets :
* 2 planche de bois 120*60*1,5 cm
* 1 planche de bois 120*60*0,5 cm
* 1 plaque de plexiglass 100*50*0,5 cm
* Peintures, pinceaux, etc.

Etant donné le changement de situation, les plans crées deviennent inutilisable. Nous avons donc dû remanier les plans afin que nous puissions facilement usiner la borne.
En l'état actuelle, l'assemblage de la borne a déjà commencé.

== Semaine 19 ==

Nous avons continuer à usiner les différentes pièces constituant la borne, et complété l'assemblage.
Nous avons également mis au point le système de plateau tournant, permettant au bouteilles de tourner sur elles mêmes afin que le tag RFID soit scanné à coup sur.

Les plateaux sont réalisé en plexiglass, afin de laisser passer la lumière des diode (s'allumant lorsqu'une bouteille est détecté). Ces plateaux sont reliés à des moteurs pas à pas ce situant quelque centimètre en dessous, invisible pour l'utilisateur. La transmission du mouvement se fait grâce à une combinaison d'engrenage, améliorant de plus le couple afin de faire correctement les bouteilles.

== Semaine 20 ==

Nous avons durant cette semaine presque finis d'assembler les différentes pièces de la borne et mis en peinture les différentes pièces.

Nous avons également mis au point et réalisé une carte d'alimentation.

Enfin, nous avons effectué les derniers perfectionnements concernant la partie software de la borne.

== Semaine 21 ==

== Semaine 22 ==

Cheval Bionique

2014-02-12T10:03:04Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

Fichier:Denavit.jpg

2014-02-12T10:02:38Z

Cvanderm :

Cheval Bionique

2014-02-12T10:02:22Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:57:53Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:52:47Z

Cvanderm : /* Rectification de l'architecture */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:52:27Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:51:57Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:50:00Z

Cvanderm : /* Le Modèle Géométrique Direct (MGD) */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:41:45Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:40:59Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:40:02Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:38:37Z

Cvanderm : /* Rectification de l'architecture */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:38:00Z

Cvanderm : /* Rectification de l'architecture */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:37:27Z

Cvanderm : /* Rectification de l'architecture */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:36:52Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:36:31Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:36:15Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:35:53Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */

Cheval Bionique

2014-02-12T09:35:38Z

Cvanderm : /* Commande de la patte */