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Sommaire

1 Introduction et présentation du sujet
2 I) Description du cahier des charges
3 II) Organisation et répartition des tâches
4 III) Description des tâches réalisées
- 4.1 Semestre 7
5 Déroulé des séances

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.

Fichier:Gantt prev.JPG

700px

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.

@@ Ligne 1 : / Ligne 1 : @@
-=Présentation générale=
+=Introduction et présentation du sujet=
-==Introduction==
+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.
-Dans le cadre du module de projet s’étalant sur les semestres 7 et 8, nous avons choisi le sujet de conception et la commande d’une main bio inspirée. Après avoir discuté du projet avec notre tuteur monsieur Othman Lakhal, nous avons défini le cahier des charges suivants: réaliser une main robotique dont les doigts sont contrôlés par des fils. Ce dispositif vise à être utilisé pour être implémenté dans des projets de robotique, mais également pour aider à la recherche et à l'éducation.
+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.
-Ce projet nécessite donc de mettre en œuvre des connaissances sur plusieurs notions liées à la programmation embarquée, la commande et le contrôle automatique, ainsi qu'une bonne partie de modélisation et de simulation. Afin de répondre au mieux au cahier des charges, nous avons dû réaliser une liste de tâches à répartir entre les membres du groupe nous permettant de réaliser entièrement la main. Le matériel utilisé est basé sur des pièces plastiques imprimées en 3D associés à des capteurs et actionneurs commandés par une carte à microcontrôleur. Nous avons donc dû proposer un schéma électronique et des modélisations 3D puis les simuler afin de vérifier le bon fonctionnement du modèle.
+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.
-Ce rapport viendra donc dans un premier temps présenter le cahier des charges du projet, puis expliciter quelques solutions techniques envisageables dont celle choisie. Ensuite nous présenterons le diagramme de GANTT prévisionnel et nous ferons une synthèse des tâches réalisées lors du semestre. Pour finir, une conclusion qui indiquera le travail restant à réaliser lors du prochain semestre avec la répartition des tâches prévisionnelles, et une analyse critique vis-à-vis du travail effectué lors du semestre ainsi que les difficultés rencontrées.
+<hr>
-==Contexte==
+=I) Description du cahier des charges=
-Tout d’abord, nous avons commencé par la recherche d’une forme qui nous permet de modéliser les pièces du doigt, qui forment l’initial de ce projet, où après avoir trouver une forme bien définie, spécifique et utile, il sera le temps de faire une modélisation et simulation de ce modèle, en simulant ce dernier grâce à des fonctions des transferts mécaniques et électriques, sous un logiciel, tel que Matlab Simulink, où cela va nous permettre de d’apercevoir la fiabilité et du montage et du modèle mis en jeu.
+===Contexte et définition du projet===
-D’autre part, pour la fabrication des pièces, on va se servir des outils et du matériel fourni à l’école,  tels que l’impression 3D, puis nous procéderons d’une façon de rassembler et monter les pièces pour avoir la forme finale désirée.
+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.
-La communication et le contrôle se fait par un code embarqué, sur une carte arduino, où la ce code va affecter des servos-moteurs, et ces derniers trient et agissent sur les câbles liés à la frange et aux cloisons des parties du doigt. Où les forces appliquées devront être prises en compte lors de la simulation et du contrôle du montage comme prévu ci-dessus. Les mouvements faites par le doigts, sont prévu d’être réalisé sur un axe d’ordonnés et un axe d'abscisses dans un premier temps, une fois ce but est atteint, des modifications et des développements peuvent être mise en jeu pour ajouter une nouvelle dimension, ou le doigts aura un mouvement similaire à celui d’un bras (3D).
+===Objectif du projet===
-Pour résumer, dans un premier temps, le modèle va être tout d’abord, modéliser, simuler, puis imprimer en 3D, ensuite, nous assemblons les pièces, pour qu’on puisse le programmer sous statut d’un schéma réel, dans le but de nous fournir des mouvements et des actions en 2 dimensions. Le matériel voulu pour réaliser ces étapes sont les suivants : Carte Arduino, 2 à 3 servomoteurs, une imprimante 3D, des câbles pour agir sur les pièces, des potentiels mètres sont probables d’être utilisés aussi.
+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.
-==Cahier des charges==
+===Cibles===
-Comme indiqué dans la présentation du sujet, le but de ce projet est la réalisation d'une main robotique bio inspirée qui peut être utilisée pour diverses applications, telles que l’utilisation pour des projets de robotique en entreprise, la recherche médicale et en biomécanique, ainsi que pour l’éducation. Cette main pourra être utile pour toutes applications où le but est de recopier des gestes et des mouvements réalisables par une main humaine. La main doit également être capable de serrer et manipuler des objets.
+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.
-Nous avons décidé de nous limiter pour ce semestre à la réalisation d’un doigt, en effet une fois que l’objectif de la réalisation du doigt sera atteint, le modèle complet de la main consistera alors en l'assemblage de plusieurs doigts. Le principe de fonctionnement de ce dispositif est le suivant: sur un signal de commande d’entrée émis par un dispositif de commande qui peut être dans notre cas pour le premier semestre la tension renvoyée par un potentiomètre. Ce signal de commande est ensuite analysé et traité par une carte Arduino qui renvoie à son tour, une consigne de flexion au doigt par l'intermédiaire de la rotation d’un servomoteur.
+===Description des fonctionnalités===
-Nous cherchons également à ce que le dispositif soit le moins cher possible à produire, pour cela nous concevons nous mêmes composant la main et les imprimons en 3D.  Nous chercherons également la meilleure alternative pour la partie commande.
+❖ Lecture et imitation des mouvements d’une main d’un utilisateur placée
+devant une caméra.<br/>
+❖ Commande de chaque doigt ou de la main complète via une
+application Web.<br/>
+❖ Détection d’objets et de la force appliquée par l'objet sur la paume afin
+de serrer l’objet avec une force adaptée.<br/>
+===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.
+<hr>
+=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:
+[[Image:gantt_previ.png|thumb|left|GANTT prévisionnel|800px]]
+<br/>
+=III) Description des tâches réalisées=
 ==Semestre 7==
@@ Ligne 37 : / Ligne 70 : @@
 =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.
+[[Image:gantt_prev.JPG|thumb|none|Diagramme de GANTT prévisionel |700px]]
 ==Séance du 22/10/2021==

IMA3/IMA4 2020/2022 P9 : Différence entre versions