Projet Fin d'Études MécaTRONIQUE Avancé : Interface Mouvement Bras Réel avec Modélisation 3D

Ceci était mon Projet de Fin d'Études en MécaTRONIQUE à la Faculté de Génie Mécanique de Skopje. Son objectif était de développer un dispositif permettant l'interaction des mouvements réels du bras avec des modèles 3D informatiques. J'ai intégré trois domaines différents en un seul dispositif : le génie mécanique, électrique et informatique :

• Solidworks pour concevoir le modèle 3D représentant les mouvements du bras.
• Carte Arduino Mega 2560 pour connecter le monde réel à l'ordinateur.
• MATLAB / Simulink pour programmer le contrôle du modèle 3D.

Dans la vidéo suivante, vous pouvez voir une présentation du projet. Voici son contenu :

• Introduction. Je parle brièvement de la MécaTRONIQUE comme domaine d'étude qui m'a permis de développer ce type de dispositif.
• L'Arduino Mega 2560. Quelques caractéristiques de base de cette carte Arduino utilisée dans ce projet.
• Modèles 3D dans l'Environnement Simulink. Comment transférer un modèle 3D de Solidworks vers Matlab/Simulink en utilisant SimMechanics Link.
• Développement du dispositif. Je parle des composants utilisés pour construire le dispositif et de leur fonctionnement, ainsi que du modèle Simulink, le programme qui tourne sur la carte Arduino et permet l'interaction entre le monde réel et l'ordinateur.

Construction du Dispositif

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Pièces Utilisées dans ce Projet

• Arduino Mega 2560
• Accéléromètre 3 axes
• Potentiomètres linéaires x5

L'accéléromètre est utilisé pour suivre l'orientation du bras. Lorsque le bras bouge, les valeurs des axes X, Y et Z de l'accéléromètre changent et sont lues sur les entrées analogiques de la carte Arduino. Selon ces valeurs, le modèle 3D bouge également.

Les potentiomètres servent à suivre la position des doigts. J'ai attaché un ressort (ressort de stylo) à chaque potentiomètre. Le ressort maintient le curseur du potentiomètre à une certaine position et, lorsque les doigts bougent, le curseur est tiré et la résistance du potentiomètre change. Ces valeurs sont lues sur les entrées analogiques de l'Arduino et le modèle 3D bouge ses doigts en conséquence.

J'ai utilisé un couvercle en plastique d'une calculatrice comme base sur laquelle j'ai fixé les cinq potentiomètres. Par-dessus, j'ai mis la plaque d'essai sur laquelle j'ai fixé la carte Arduino et l'accéléromètre avec du ruban adhésif. Sur l'image ci-dessous, vous pouvez voir l'apparence finale du dispositif.

Schéma de Circuit du Dispositif

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Le Modèle 3D

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Le modèle 3D représente un bras humain. D'abord, je l'ai modélisé avec Solidworks, puis je l'ai transféré dans Matlab/Simulink en utilisant le SimMechanicsLink de MathWorks.

Le Modèle MATLAB / Simulink

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Avant de construire le modèle Simulink, j'ai d'abord dû installer le package Arduino IO qui contient la bibliothèque Simulink pour la communication avec la carte Arduino. Aussi, en utilisant l'IDE Arduino, j'ai dû téléverser le code fourni avec le package sur la carte Arduino pour activer la bibliothèque Simulink. Je recommande vivement mon tutoriel sur Matlab et le package Arduino IO pour comprendre le principe de fonctionnement et voir le code.

J'ai organisé mon modèle Simulink en six sous-systèmes :

• Blocs d'entrées analogiques Arduino pour les valeurs de l'accéléromètre et des potentiomètres
• Correction des lectures analogiques selon mes besoins
• Contrôle PID pour obtenir des mouvements plus fluides
• Blocs Actionneurs d'Articulation pour piloter les articulations du modèle 3D
• Le modèle 3D généré automatiquement avec SimMechanicsLink
• Bloc Capteur d'Articulation pour suivre la position du modèle 3D

Vous pouvez télécharger le modèle Simulink ici :

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Consultez l'extension de ce projet.

J'ai reprogrammé le Gant Arduino pour fonctionner comme une Manette de Jeu.