Version du 15 octobre 2013 à 08:42

Réalisation d'une patte de cheval bionique

Avant propos

Dans le cadre d'une convention signée en 2013 entre Polytech Lille, FESTO [1] Didactic et les Compagnons de Devoir [2] 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.

Description du modèle

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

L'objectif premier de ce PFE est d'obtenir un premier livrable fonctionnel pour la date du 24 Octobre 2013. Des membres de FESTO, des Compagnons du Devoir, de la Région et de l'École assisteront à une première démonstration. Le but est avant tout d'obtenir un mouvement réaliste de la patte bionique. Dans un second temps, cette patte devra interagir avec un tapis roulant, et s'adapter à la vitesse de ce dernier. Une vraie interaction entre la patte et le tapis est demandée. Enfin, pour pousser encore plus loin le projet, il nous est demandé d'étudier la possibilité d'adapter une cheville de robot NAO en lieu et place du "sabot" de la patte bionique.

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. Cette semaine est également l'occasion de faire le bilan matériel nécessaire à la bonne réalisation de la patte bionique.

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. Modèle définitif adopté : 4 segments, dont 3 amovibles et 1 relié au bâti ; 3 paires de muscle pour l'antagonisme sur chaque segment en mouvement ; 3 rotules.

Réalisation des encodeurs, sur base de HEDS-5X40. Leur rôle sera de renvoyer l'angle dans lequel se trouve le segment qui leur est attribué. Les CM devraient usiner une pièce permettant d'intégrer proprement chaque encodeur sur la partie de la jambe qui lui est attribuée.

Montage final de la patte avec les éléments réceptionnés. Tout d'abord, assemblage des muscles avec les vannes d'air et bouchons d'échappement. Puis montage de chaque laminé avec une rotule servant d'articulation, et quatre demie-rotules assurant le rôle des ligaments.

Schéma fonctionnel d'un muscle pour cheval bionique