Version actuelle datée du 6 mai 2022 à 20:35

Introduction et présentation du sujet

Une main classique humaine représente le préhenseur naturel par excellence, son mécanisme et ses possibilités d’action permettent d’effectuer desgestes extrêmement précis. Cependant, sa fragilité et son importance auprès de l’utilisateur font que son champ ou environnement d’action peut être limité. Notre projet, permettra aux utilisateurs de pouvoir manipuler des objets, de différentes tailles et dimensions, dans des situations et environnements hostiles ou dangereux. Cette main devra s’intégrer dans des secteurs de travail pour qu’elle puisse remplacer des utilisateurs humains dans des conditions où l’intervention de l’homme est dangereuse voir impossible. Elle pourra également être utile pour réaliser des tâches dans des délais plus courts et avec plus de précision.

Lors du semestre précédent, nous avions réussi à créer un prototype virtuel de la main et à réaliser une preuve de concept d’un doigt articulé pouvant être commandé par des potentiomètres sans aucune régulation ou retour sur l’angle de repli du doigt. Ce premier semestre de travail sur le projet nous avait notamment permis de prendre en main des outils et des logiciels de modélisation et d’impression 3D. Nous nous sommes également familiarisés avec la conception d’un circuit électronique basique permettant de piloter des servomoteurs.

Lors de ce deuxième et dernier semestre notre projet se découpe en 3 grandes parties. Premièrement, la partie modélisation de la physique de notre système permettant de comprendre son fonctionnement mécanique mais également de pouvoir analyser les différentes possibilités de contrôle et de correction pour les doigts de la main robotique. Deuxièmement, une partie programmation informatique qui réalisera la commande du système. Celle-ci regroupe deux sous parties, une première qui réside dans la réalisation d’une IA qui permettra la détection des mouvements d’une main par caméra, un algorithme traitera alors l’information reçue et fera exécuter un mouvement à la main. Une autre partie commande devra être réalisée, celle-ci se basera sur une communication à établir entre un serveur web hébergé sur un PC et le microcontrolleur arduino qui pilote la main. On note que les parties de régulation de position et les détections d’objet par capteur sont listées dans la partie commande.

I) Description du cahier des charges

Contexte et définition du projet

La réalisation de cette main bio-inspirée s’inscrit dans le cadre d’un projet universitaire réalisés par des étudiants de quatrième année d’école d’ingénieur. Il permet de mettre en œuvre les compétences acquises tout au long du parcours universitaire tout en développant des compétences de travail en équipe et de gestion de projet. Dans notre cas, ce projet aborde plusieurs thématiques et domaines qui sont essentiels à la formation Systèmes Embarqués. Ce projet contient donc des aspects liés à la robotique/mécatronique, à l’automatique, à la conception 3D, à la modélisation et à la programmation informatique.

Objectif du projet

L’objectif premier de ce projet est de concevoir et réaliser un nouvel outil qui pourra être capable de reproduire les mouvements et les actions d'une main humaine. Nos futures pensées seront de pouvoir intégrer ce système dans des industries qui demandent la réalisation des tâches de haute précision, où l’être humain ne pourrait jamais atteindre une bonne précision, d’où le fait de remplacer les individus par un robot ou une main robotique dérivée de l’idée de notre projet. En plus, nous souhaitons ajouter que la commande de cette main par un outil d’intelligence artificielle, à l'intermédiaire d'une caméra, sous base d’un processus de traitement d’image, est l’un de nos objectifs.

Cibles

Les cibles de ce projet sont principalement les entreprises et les laboratoires de recherche du domaine de la robotique. Il peut également dans une certaine mesure être utilisé dans une démarche pédagogique pour introduire le domaine de la robotique aux plus jeunes.

Description des fonctionnalités

❖ Lecture et imitation des mouvements d’une main d’un utilisateur placée devant une caméra.
❖ Commande de chaque doigt ou de la main complète via une application Web.
❖ Détection d’objets et de la force appliquée par l'objet sur la paume afin de serrer l’objet avec une force adaptée.

Budget

Aucun budget précis ne nous a été attribué quant à la réalisation de ce projet, malgré cela il paraît évident que réduire le coût de fabrication est un enjeu important si notre système venait un jour à être commercialisé. Nous devons donc réfléchir à l’utilité et au prix de chaque composant ainsi qu'aux diverses méthodes permettant de réaliser notre système. Ainsi nous avons décidé de réaliser les pièces qui composent notre main en utilisant l’impression 3D, et avons opté pour une structure qui limite le nombre de moteurs.

Délais

Les objectifs sont de terminer la réalisation de la maquette et l’ensemble des commandes de la main pour la fin du semestre, si certains de ces objectifs ne sont pas atteint ce projet pourrait être éventuellement continué et amélioré par les groupes des années à venir.

II) Organisation et répartition des tâches

Pour ce semestre nous avons dû redéfinir l’organisation et la répartition des tâches entre les différents membres du groupe. Ainsi, nous avons alloué un ou plusieurs membres à chaque partie. Nous avons réalisé un nouveau diagramme de GANTT prévisionnel pour essayer de répartir au mieux les tâches sur l’ensemble du semestre. Nous avions trois grandes parties à réaliser ce semestre, la modélisation de notre système, la gestion de la commande et du contrôle de la main et la réalisation de la maquette finale. Nous avons défini la répartition des tâches de la manière suivante:

GANTT prévisionnel

III) Description des tâches réalisées

Semestre 7

• Définition du cahier des charges
• Réaliser un état de l'art
• Modélisation des pièces en 3D sous Blender
• Premier code et réalisation d'une maquette piloté avec un Arduino.

Controler un sevomoteur via potentiometre

Déroulé des séances

Nous avons proposé au départ un diagramme de GANTT, qui nous permet de gérer le temps et la répartition des étapes sur les créneaux dédié.

Séance du 22/10/2021

• Lors de la première séance, nous avons commencé à définir le cahier des charges et les fonctions à réaliser.
• Réalisation du diagramme de GANTT pour le déroulé du projet de ce semestre.
• Début de recherche sur internet.

Séance du 29/10/2021

• Nous avons commencé à réaliser des pièces en 3D sous Blender.
• Ecriture du code nécessaire pour l'implémenter sur l'Arduino.
• Réalisation de la liste des composants.

Séance du 12/11/2021

• Réalisation du montage électronique avec des servomoteurs et des potentiomètres.
• Simulation du code Arduino sous le logiciel Tinkercad.
• Modélisation et impression d'une première pièce.

Séance du 19/11/2021

Lors de cette séance Sami et Ali ont tenté d'imprimer les poulies à fixer sur l'arbre des servomoteurs, ainsi que l'index de la main. Florian et Ilyass ont quant à eux modifier des fichiers 3D afin de réaliser une support de test pour le doigt.

Séance 22/11/2021

• Impression de support de test pour un seul doigt.
• Premier essai manuel de flexion de doigt.
• Commande du matériel.

Séance du 29/11/2021

• Assemblage du premier prototype.
• Impression de deux autres doigts.
• Attente de la réception de la commande pour effectuer un premier via la carte Arduino.

Séance du 09/12/2021

• Réception de la commande.
• Réalisation du montage électronique.
• Premier essai de commande du doigts.