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Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable 1 ère STI2D Chaîne d’information CI 12 : Formes et caractéristiques de l’information CI 13 : Caractérisation des chaînes d’information CI 14 : Traitement des informations TP (2H) TRANS ROBOT HAPTIQUE Présentation L’interaction haptique consiste à permettre à un opérateur d’agir sur un environnement virtuel généré sur PC et à renvoyer à cet opérateur des sensations haptiques liées à ses actions. Pour ce faire on utilise un dispositif appelé « interface haptique », capable de fournir à l’environnement virtuel les informations, principalement du type déplacement, découlant des actions de l’opérateur et de renvoyer à l’opérateur des effets de type effort mécanique (on parle de retour d’effort). Contextualisation La technique et la technologie est en constante évolution depuis les 100 dernières années et de nombreux progrès ont été réalisé dans certains domaines tel que la médecine.La médecine c’est développée jusqu’à l’utilisation de robots haptiques permettant d’aider certains chirurgiens lors d’opérations complexes tout en minimisant les contraintes pour les patients. Pour entraîner les futurs médecins (étudiants en médecine), nous souhaitons utiliser notre robot haptique afin de permettre à ces étudiants de s’entraîner sur un système simple avant de s’exercer sur le robot haptique de chirurgie. Pour cela, nous voulons vérifier le fonctionnement optimal des codeurs de notre robot haptique afin de pouvoir mener par la suite une étude un peut plus développée sur son utilisation. Nom : Prénom : Activite 5_Information Codeurs Robot haptique Lycée Jules Ferry - Versailles 1/10

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Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable 1ère

STI2DChaîne d’information

CI 12 : Formes et caractéristiques de l’informationCI 13 : Caractérisation des chaînes d’informationCI 14 : Traitement des informations

TP (2H) TRANS

ROBOT HAPTIQUE

Présentation

L’interaction haptique consiste à permettre à un opérateur d’agir sur un environnement virtuelgénéré sur PC et à renvoyer à cet opérateur des sensations haptiques liées à ses actions. Pour cefaire on utilise un dispositif appelé « interface haptique », capable de fournir à l’environnementvirtuel les informations, principalement du type déplacement, découlant des actions de l’opérateur etde renvoyer à l’opérateur des effets de type effort mécanique (on parle de retour d’effort).

Contextualisation

La technique et la technologie est en constanteévolution depuis les 100 dernières années et denombreux progrès ont été réalisé dans certains domainestel que la médecine.La médecine c’est développéejusqu’à l’utilisation de robots haptiques permettant d’aidercertains chirurgiens lors d’opérations complexes tout enminimisant les contraintes pour les patients.

Pour entraîner les futurs médecins (étudiants enmédecine), nous souhaitons utiliser notre robot haptique afin de permettre à ces étudiants des’entraîner sur un système simple avant de s’exercer sur le robot haptique de chirurgie.

Pour cela, nous voulons vérifier le fonctionnement optimal des codeurs de notre robothaptique afin de pouvoir mener par la suite une étude un peut plus développée sur sonutilisation.

Nom :Prénom :

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1ère STI2D TP

1. Analyse globale du robot haptique

Dans cette partie nous allons effectuer une analyse générale du robot haptique afin deconnaître, comprendre et analyser ses différents composants.

Ceci nous permettra d’effectuer une analyse plus complète du robot et donc de faciliternotre compréhension du système.

Q1: Par l’intermédiaire de tout les documents à votre disposition,expliquez en quoi cerobot haptique pourrait devenir un outil d’entraînement pour les futurs médecins.Expliquez ce qu’il faudrait faire au niveau logiciel pour que cela soit possible et quelmode du robot nous devons utiliser (voir le diagramme des cas d’utilisation).

Ouvrez l’application FalconTutorial et suivez les exemples que vous avez à l’écran.

Q2: Quels sont les mouvements que vous pouvez effectuer avec le robot ?

Q3: Le robot est équipé de 3 Moteurs à courant continu, à quoi peuvent-ils servir ?

Q4: Pour un seul bras, donnez le nom des composants qui font parties de la chaîne detransmission.

Q5: Remplissez la chaîne d’information et d’énergie ci-dessous:

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2. Étude des codeurs incrémentaux

Le déplacement angulaire des axes de rotation des moteurs du robot s’obtient à partir decapteurs angulaires de type codeurs incrémentaux.

Ces codeurs sont constitués d’un disque opaque présentant des fentes transparentesrégulières. Une source de lumière est placée d’un côté du disque et deux récepteursphotoélectriques accolés sont placés de l’autre côté. Le rayon lumineux reçu par chacun desrécepteurs est donc coupé à intervalles réguliers lorsque le disque, entraîné par le moteur,tourne sur son axe.

Attention : Appelez l’enseignant afin qu’il modifie votre montage.

2.1. Identification des composants

Voici une image de l’intérieur du robot.

Q6: Ajoutez les éléments suivants dansles bons cadres :

• Moteur

• Cabestan

• Récepteur de lumière

• Émetteur de lumière

• Disque fendu

2.2. Caractéristiques et principe de fonctionnement du codeur

2.2.1. Nombre de fentes du disque

Le disque que vous apercevez possède 40 fentes pour unangle de 45°.

Q7: Donnez le nombre total de fentes du disque.

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45°

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2.2.2. Manipulations

• Ouvrir le logiciel tracerDAQ

• Dans le logiciel, accéder à « Strip Chart Channel Settings » et à « Scan Rate/Trigger

settings » puis modifier le éléments comme sur les images ci-dessous

Q8: Expliquez en quelques mots à quoi peut correspondre la valeur Scan rate (Hz)

Q9: Nous savons que la carte d’acquisition nous permet d’effectuer un maximum de35000 points de mesure pour un seul signal. Validez la valeur choisie pour le « scanrate » et pour la durée d’acquisition.

• Dans le logiciel, accéder à « DAQ hardware settings» puis modifier le éléments comme

sur l’image ci-dessous

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• Revenir dans l’onglet principal d’affichage des courbes et régler comme ci-dessous

• Effectuer plusieurs mesures pour vous familiariser avec l’acquisition. (Pour avoir une

meilleure compréhension du signal, vous pouvez zoomer sur les courbes)

Q10: En effectuant des essais, quel est le bras dont nous arrivons à mesurer lemouvement ? Expliquez votre résonnement.

• Réaliser l’essai suivant

Déplacer le bras (dont on mesure les mouvements) dans une direction puis après 1seconde, inverser la direction de déplacement.

Q11: Sur les axes ci-dessous, Tracez les courbes CH0, CH1 et CH2. Attention, vousdevez prendre une base de temps très faible afin que vos résultats soient visibles. Deplus, il placez-vous à l’instant du changement de position.

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1ère STI2D TP

2.2.3. Analyse des résultats

Voici une image qui nous permet de mieux comprendre le fonctionnement du codeur :

Q12: Par l’intermédiaire de vos connaissances et de vos activités précédentes sur lescapteurs, expliquez la façon dont le signal A du codeur est créé.

Q13: En vous aidant du schéma ci-dessus et du système réel, expliquez à quoi peutcorrespondre les courbes de CH0 et CH1 et CH2.

Q14: Connaissant le nombre de fentes du codeur, donnez le nombre de fronts montantsde A lorsque le moteur fait un tour.

Pour avoir la meilleure résolution possible, nous Traitons les courbes de la manièresuivante( voir tableau ci-dessous)

Q15: Dans le cadre 1, donnez le nombre de points de mesures que vous avez grâce à ladétection des fronts montants et descendants de A et B.

Q16: Dans le cadre 2, donnez les informations dont vous avez besoin pour connaître lesens de rotation du moteur.

2.2.4. La résolution du codeur

Nous sommes maintenant dans les cas optimal et nous savons que le codeur nous permetd’avoir 1280 points de mesure pour un tour de moteur.

Q17: Calculez la résolution angulaire sur la mesure de position angulaire du moteur

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Codeur

Traitement d’information

A

B

Information position

Informationsens

Détection front montant

Détection front montant

Détection front descendant

Détection front descendant

1

2

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3. Conclusion

Q18: En vous reposant sur l’ensemble de l’activité, expliquez si nous pouvons validerle fait que le codeur est utilisé de façon optimale.

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1ère STI2D TP

4. Documentation technique

4.1. Diagrammes SysML

4.1.1. Diagrammes des cas d’utilisation

4.1.2. Diagramme de séquence

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1ère STI2D TP

4.1.3. Diagramme de définition de blocs

4.1.4. Diagramme de blocs internes

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1ère STI2D TP

4.2. Schéma synoptique

4.3. Vue externe et interne du robot

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