IMA3/IMA4 2020/2022 P9
Sommaire
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.
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.
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.
