Réalisation de la main gauche de Inmoov

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Mise à jour 14/07/2019 : Plusieurs améliorations ont été apportées au projet initial de la main gauche de Inmoov. La mise en place d’un pouce ajustable pour permettre la fermeture complète de la main et l’amélioration du système de tension des tendons.

Sommaire :

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separateur-redohm-001

Plusieurs améliorations ont été apportées au projet initial 

a) La mise en place d’un pouce ajustable pour permettre la fermeture complète de la main

001- REDOHM INMOOV

b) L’amélioration du système de tension des tendons

002- REDOHM INMOOV

 

Nous avons consacré un article complet sur la modification des tendons -> allez à la Modification 

Nous utilisons en terme de colle pour l’assemblage, une colle double composant résine et durcisseur à base d’époxy ainsi que de la cyanoacrylate pour la fixation définitive des tendons (nœud)

Pour les tendons, nous avons opté pour du fil de pèche de ø 1mm supportant 200lb (91kg) obtenu chez Amazon

 003- REDOHM INMOOV

L’assemblage des doigts se fait avec  de la colle époxy ainsi que du filament de 3 mm de type ABS, il faut bien sûr repercer avec un foret de 3mm les orifices des phalanges. Leur assemblage est ainsi facilité.

004- REDOHM INMOOV

Filament ABS de 3mm

005- REDOHM INMOOV

 

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Contrôle de la consommation électrique de la main.

 

Nous avons utilisé une alimentation ISO-TECH ips 405 pour déterminer la consommation max du montage . Les alimentations des servomoteurs ne sont pas prises en directe sur la carte Arduino car celle-ci ne peut fournir  plus de 200 mA .

006- REDOHM INMOOV

Cette alimentation est programmable pouvant générer 30 V sous 5 Ampères maximum cela nous permet une grande  compatibilité  avec nos montages. Dans  notre cas, elle était  réglée sur 6V de façon à obtenir le couple maximum des servomoteurs .

Nous avons déjà d’une façon théorique, calculer la consommation de cette main , mais pour avoir une image réelle de la consommation qui est le reflet des frottements et autres anomalies qui pourraient éventuellement avoir. Nous avons voulu vérifier en dynamique cette consommation . Nous avons imaginé un petit programme qui met en scène tous les mouvements  possibles des doigts .

 

Grace à cela, nous pouvons en déduire la puissance nécessaire , et faire nos cartes d’alimentations électroniques en conséquence.

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Descriptif technique des différents matériels utilisés pour nos tests

Pour la partie télécommande, nous utilisons un Arduino méga 2560 surmonté d’un module Grove mega shield.

007- REDOHM INMOOV 008- REDOHM INMOOV

 Pour la partie servomoteur, l’ensemble de l’avant-bras et géré par des HS-645MG de chez Hitec

Description des servomoteurs HS-645MG
 

Ce servomoteur à double roulements à billes se caractérise par un excellent centrage et un couple très élevé.

Alimentation: 4,8 à 6 Vcc
Course: 2 x 45°
Couple: 9,6 kg.cm
Vitesse: 0,2 s/60°
Dimensions: 41 x 20 x 36 mm
Poids: 54 gr

009- REDOHM INMOOV

  • 5 pour les tendons
  • 1 pour le poignet
  • 1 pour l’ajustage du pouce

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Impression 3D des différentes pièces


010- REDOHM INMOOV
Pour l’ensemble du projet, l’imprimante 3D utilisée est une Makerbot Replicator 2

Toutes les pièces sont faites avec les réglages ci-dessous

Densité = 30%
Température = 215°C
Nombre de couche = 3
Épaisseur du trait = 0.15
Le temps total nécessaire et de 62 h 7 min
Pour un total de 715.76g de PLA

Fichier initial  Temps de fabrication poids(g)
Bolt_entretoise6 1h44 15,2
leftcoverfinger1 1h10 16,6
leftrobcap3V1 2h02 29,19
Leftrobpart2V3 7h19 77,78
leftrobpart3V3 5h39 58,57
leftrobpart4V3 8h17 90,48
Leftrobpart5V3 9h46 105,09
leftthumb5 2h35 29,61
lefttopsurface4 3h09 44,97
LeftWristlargeV4 5h15 63,82
leftWristsmallV3 2h17 27,87
tendeur tendon RedohmV2 1h19 16,78
Leftauriculaire5 1h04 10,97
Leftindex5 1h29 15,78
Leftmajeur3 1h44 18,8
Leftringfinger3 1h19 14,11
LeftRobCableBackV3 0h38 8,52
LeftRobCableFrontV3 1h08 15,49
LeftRobServoBedV5 4h48 56,13
     
Total -> 62h07mm 715,76 g

013- REDOHM INMOOV

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Applications

 

1) Montage et programme permettant de régler et de tester les doigts et la rotation du poignée.

 

a) Schéma avec batterie ou pile.

redohm-plan-pour-les-6-servomoteurs

RedOhm schéma pour le pilotage de 6 servomoteurs avec potentiomètre.

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b) Schéma électrique avec régulateur et alimentation supérieure a 9V.

redohm-plan-pour-les-6-servomoteurs-avec-regulateur

Schéma électrique pour 6 servomoteurs et régulation de la tension .

Pourquoi mettre des régulateurs en parallèles ?

Simplement pour augmenter le courant de sortie.

Comment calculer notre courant de sortie de notre montage ?

Il faut d’abord s’assurer du courant maximum des régulateurs en question (toujours prendre la même référence de régulateur pour un montage donné). Pour notre montage, nos régulateurs possèdent la référence suivante :MC7805CK . Le constructeur nous indique 3A maximum

Donc I_sortie = Nombre_de_régulateur * I_max soit 9A

A quoi servent  les condensateurs aux bornes des régulateurs  MC7805CK ?

Ce montage a tendance à entrer en oscillation. Il est très important que les condensateurs de découplage soit soudés le plus près possible de la sortie du régulateur et du retour à la masse de chaque régulateur.

Le courant est-il identique dans chaque régulateur ?

Il n’y a aucune importance que le courant de sortie se repartisse de façon identique dans chaque régulateur. Chaque régulateur va s’autoréguler.

Comment augmenter la tension de sortie d’un régulateur 5V pour obtenir du 6 ?

Il suffit simplement de l’adjonction d’une diode Zener ou une diode standart ( tension de jonction 0.7V ) dans la ligne de la masse qui a pour but d’augmenter la tension de sortie de la valeur de la tension de la diode en question.

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c) Programme .

 

Programme ci-dessus à télécharger .
Téléchargement ->
essai_de_la_main_le_10_09_2016

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2) Utilisation d’un capteur de flexion pour reproduire le mouvement des doigts

 

a) Présentation du capteur de flexion .

Le capteur de flexion est l’une des pièces souvent négligée par l’utilisateur, mais si vous avez besoin de vérifier si quelque chose se plie , comme un doigt ou un bras ce type de capteur semble  tout indiqué pour votre application .
Capteur de flexion souple résistif. La résistance augmente lorsque l’angle de flexion du capteur augmente.

A savoir : Il faut éviter de plier la base du capteur.

Caractéristiques :

Résistance au repos: 10 kΩ
Tolérance: ±30 %
Variation: 60 à 110 kΩ
Puissance: 0,5 W
Durée de vie: 1 million de cycles
Dimensions: 112 x 6 x 0,43 mm

redohm-capteur-de-flexion-001

Capteur de flexion

Comment utiliser le capteur de flexion?

Le capteur Flex modifie sa résistance en flexion de sorte que nous pouvons mesurer ce changement sur l’une des broches analogique de la carte Arduino. Mais pour cela nous avons besoin d’une résistance fixe que nous allons utiliser pour cette comparaison (la résistance utilisée dans le montage est de valeur 22 KΩ).
Ce type de montage est appelé : pont diviseur de tension .On divise la tension du 5 V délivré par la carte microcontrôleur entre le capteur flexion est la résistance de 22KΩ .

Schéma de principe du pont diviseur de tension .
redohm-pont-diviseur-de-tension

Schéma de principe du pont diviseur de tension

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b) Schéma électrique de principe  du capteur de flexion avec batterie ou pile

schema-de-principe-capteur-de-flexion-001

Schéma de principe du capteur de flexion

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c) Démonstration du fonctionnement du capteur de flexion .

 

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3) Utilisation de 5 capteurs de flexion pour reproduire le mouvement des doigts et les transmettre vers la main.

a) Présentation et objectifs du montage .

Le but de ce montage et de copier les mouvements des doigts et de les retransmettre via une carte microcontrôleur à l’avant bras du projet Inmoov .Pour cela, nous allons créer un gant équipé de capteurs de flexion pour chaque doigt. Nous allons donc utiliser trois capteurs de type FS7548 que nous allons affecté à l’index, majeur et annulaire , et deux autres capteurs de type FS7954 qui eux seront affectés au pouce et à l’auriculaire .

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b) Liste du materiel.

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Avec utilisation du materiel Grove

Quantité Référence Désignation Prix moyen
1

Carte Arduino MEGA 2560

Fournisseur : generationrobot

La carte Arduino Mega 2560 est basée sur un ATMega2560 cadencé à 16 MHz. Elle dispose de 54 E/S dont 14 PWM, 16 analogiques et 4 UARTs.  37€ à 45€
 1

Shield de connexion cartes Arduino Mega

Fournisseur : generationrobot 

Grove – Mega Shield est une shield de connexion pour cartes Arduino Mega et Google Android ADK. 10€ à 12€ 
 3

Capteur de flexion FS7548

Fournisseur :
gotronic

 

Capteur de flexion souple résistif. La résistance augmente lorsque l’angle de flexion du capteur augmente.
Résistance au repos: 10 kΩ
Dimensions: 112 x 6 x 0,43 mm
Affectation : index,majeur,annulaire
18€ à 22€  
 2 Capteur de flexion FS7954

Fournisseur :
gotronic

Capteur de flexion souple résistif. La résistance augmente lorsque l’angle de flexion du capteur augmente. 
Résistance au repos: 25 kΩ
Dimensions: 74 x 6 x 0,43 mm
Affectation : pouce,auriculaire

10€ à 14€  
 5

Résistance 1/4W 22KΩ  

Fournisseur :
gotronic

Résistances à couche carbone ¼ W.
Tolérance: 5% – Tension max: 250 V
Diamètre 2.3 mm – Longueur 6.5 mm. 
0.08€ à 0.12€ 
 1

Gaine thermorétractable
Reference : FT6.4N / 08842

Fournisseur :
gotronic

Polyoléfine très flexible – Longueur: 1.20 m – Taux de retreint 2:1.
Température de retreint: 120° C – T° de service: -40° C à +135° C.
D: Ø avant retreint : 6.4mm
d: Ø après retreint. 3.2mm
Couleur : Noir
Pour le montage des capteurs de flexion sur le gant

 

1.5€ à 1.90€ 

 

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c) Schéma électrique du câblage des gants de recopie et de la main .

schema-de-cablage-pour-recopie-dinformations-vers-la-main

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d ) Montage des capteurs de flexion sur le gant de recopie.

 

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La gaine rétractable est coupée de la longueur de la sonde . On prend soin de chauffer l’extrémité de la gaine de façon que le capteur ne puisse s’échapper de son logement, puis on la fixe avec de la colle néoprène sur la partie supérieure du doigt du gant.Enfin,on répète cette opération pour chacun des doigts .

redohm-gant-011

Insertion des capteurs de flexion dans la gaine thermo-rétractable

Insertion des capteurs de flexion dans la gaine thermo-rétractable.

redohm-gant-005

Vue du gant prêt à fonctionner

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e ) Programme pour le fonctionnement de l’ensemble sur Arduino Mega 2560 .

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f ) Vidéo de démonstration de l’ensemble .

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