IMA3/IMA4 2020/2022 P9

Présentation générale

Introduction

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.

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.

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.

Contexte

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.

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 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).

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.

Cahier des charges

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.

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.

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.

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

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.