Discrimination des vibrations externes avec l’accéléromètre
LE SYSTÈME SENSORIEL HUMAIN:
Introduction au capteur tactile:
Les informations tactiles sont très utiles dans de nombreuses situations.Dans les tâches de manipulation, les informations tactiles sont utilisées comme paramètre de contrôle. Les informations requises comprennent les estimations des différents points de contacts,mesure des forces normales, détection de surface, localisation de glissement. La mesure des forces de contact permet le contrôle de la force de saisie, ce qui est essentiel pour le maintien d’une bonne stabilité lors d’une manipulation.
Afin de simuler les mécanorécepteurs humains présentés précédemment plusieurs technologies de capteur ont étés développées. En utilisant différent principe physique chaque technologie à ses forces et ses faiblesses. On différentiera les capteurs tactiles dynamiques permettant de détecter un mouvement comme un glissement ou une vibration par rapport aux capteurs tactiles statiques qui donnent une image de la répartition des pressions ou forces à la surface du capteur.
Il existe différentes méthodes pour mesurer une pression ou une force. Dans la plupart des cas, ces capteurs fonctionnent en utilisant des effets piézorésistifs, capacitifs, magnétiques, piézoélectriques ou optiques d’un matériau.
Mécanique
La forme la plus simple de capteur tactile est celle où la force est appliquée à un interrupteur mécanique classique pour former un capteur tactile binaire. La force nécessaire pour faire fonctionner l’interrupteur sera déterminée par les caractéristiques d’actionnement et des contraintes externes. D’autres approches sont basées sur un mouvement mécanique activant un dispositif secondaire tel qu’un potentiomètre rotatif ou linéaire.
Comparaison croisée des technologies:
Pour notre application, notre capteur requiert une précision élevée, une bonne sensibilité et une stabilité importante.En comparant toutes ces technologies de capteurs, il semble que la technologie capacitive offre une plus grande stabilité que les autres technologies. Ils sont également plus faciles à calibrer et moins sensibles à l’usure que les capteurs résistifs, qui souffrent au fur et mesurer du temps comme récapituler dans le tableau 1.3. La complexité de design des capteurs optique et ultrason ne nous permettent pas d’obtenir un capteur suffisamment compact pour notre application. Les capteurs magnétiques proposent beaucoup d’avantages néanmoins ils ne fonctionnent que dans un environnement contenant peu de champ magnétique hors dans le domaine de la robotique on retrouve souvent de nombreux moteurs électriques et autres actuateurs qui serait susceptibles de perturber le capteur. Enfin,la technologie piézoélectrique ne permet de détecter que des événements dynamiques (vibration, glissement).
Les caractéristiques du capteur idéal:
La main de l’homme dispose d’une large gamme de capteurs qui prennent en charge plusieurs formes différentes de contact . Bien qu’il serait souhaitable de créer un dispositif robotique avec des capacités de détection similaire, en particulier pour des applications médicales les recherches peinent à développer un capteur avec des capacités comparable à celle de l’humain.
CAPTEUR TACTILE POUR LA ROBOTIQUE :
Capteur dynamique:
Principe:
Les avantages de la détection tactiles dynamiques ont été constaté dans la robotique, ainsi que dans la biologie, bien que les capteurs dynamiques restent une partie relativement petite de la littérature générale sur la détection tactile.La plupart des chercheurs ont négligé cette partie de détection généralement en raison de sa complexité de mis en oeuvre avec la partie statique.
D’une manière générale, la détection tactile dynamique comprend plusieurs catégories de capteurs qui sont soit destinés à détecter le mouvement ou le mouvement naissant (glissement),ou qui utilisent le mouvement du bout des doigts pour produire des résultats.
Nous avons vu dans le premier chapitre que la sensibilité de la partie dynamique doit correspondre à une bande passante d’environ 1000Hz permettant d’acquérir de faible glissement et vibration. Notre capteur doit suivre toutes les directives indiquées dans les exigences du premier chapitre. Dans notre conception la détection dynamique et statique sont toutes deux réalisées en utilisant un principe de transduction similaire, qui apporte l’avantage d’une plus grande souplesse de conception. Les éléments statique (TAXELS) et dynamique sont placés sur la même couche du PCB . Pour la partie dynamique, la surface de cuivre autour de chaque taxels statiques est utilisée. Nous retrouvons par-dessus notre couche diélectrique qui est la même pour les deux parties.
Configuration de la pince pour la saisie d’objet:
Dans le domaine de la robotique,qu’il s’agisse d’un robot seul ou d’interaction avec un humain, la saisie d’objet avec un préhenseur est une tâche essentielle. On peut décomposer la saisie d’un objet en deux opérations, l’approche de l’objet puis la préhension de l’objet. La phase d’approche est un déplacement libre dans l’espace ayant pour objectif de se rapprocher de l’objet et de positionner la pince de façon stratégique pour la saisie. Généralement cette partie est faite par l’intermédiaire de la vision (caméra par analogie à l’œil humain). Pour la phase de préhension, le principal objectif est d’assurer une prise stable de l’objet saisie grâce aux capteurs tactiles.
Algorithme de système de référence de cap et d’attitude:
Un AHRS (Attitude et Heading Reference System)fournitentempsréell’orientation3D(tangage, roulis, et le cap) en fusionnant les données de l’IMU. La précision de la mesure dépend fortement de la qualité du capteur.
Un AHRS se compose de magnétomètres, d’accéléromètres et gyroscopes sur les trois axes. Ces capteurs, associés à un processeur intégré,créent un système capable d’estimer la position des objets dans l’espace 3D.
Dans la littérature, plusieurs auteurs ont trouvé une manière appropriée d’estimer de façon précise l’orientation du cap et attitude à l’aide d’un IMU (accéléromètres et gyroscopes et un magnétomètre). Ces capteurs sont aussi appelés MARG pour Magnetic, Angular Rate, and Gravity ou MIMU pour Magnetic and Inertial Measurement Unit.
L’intégration des mesures gyroscopique, à partir d’une orientation initiale connue, fournit le changement d’orientation. Cependant, à cause du bruit et du biais du gyroscope, il y a une dérive à long terme qui doit être corrigée. Ces erreurs angulaires produisent une erreur de positionnement de plus en plus grande en raison des algorithmes qui estime la position en intégrant la vitesse angulaire.
L’accéléromètre peut fournir des estimations d’inclinaison sans dérive par détection du vecteur de gravité. Le magnétomètre, correctement calibré, est utilisé pour limiter ou réduire la dérive dans l’orientation horizontale en mesurant le champ magnétique terrestre. En outre, la précision à court terme du gyroscope permet la détection de perturbations externes à court terme dans le champ magnétique qui sont d’habitude dans des environnements industriels. Plusieurs limitations affectent la bonne estimation des angles, premièrement la difficulté d’interpréter correctement les signaux des accéléromètres, lorsque le champ de gravité (référence verticale) coexiste avec la composante liée au mouvement du capteur. Deuxièmement les matériaux ferromagnétiques (moteur, pièces métalliques) à proximité de l’IMU sont des sources critique de perturbations lorsque la sortie du capteur magnétique est utilisé pour construire la référence horizontale pour l’ estimation du cap
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 LE SYSTÈME SENSORIEL HUMAIN
1.1 Les différents méchanorécepteurs
1.2 Introduction au capteur tactile
1.3 Comparaison croisée des technologies
1.4 Les caractéristiques du capteur idéal
CHAPITRE 2 CAPTEUR TACTILE POUR LA ROBOTIQUE
2.1 Introduction
2.2 Capteur statique
2.2.1 Principe général
2.2.2 Résolution et densité spatiale
2.2.3 Design du diélectrique
2.2.4 Principe d’estimation des capacités
2.2.5 Caractéristique de la partie statique
2.2.6 Étalonnage
2.3 Capteur dynamique
2.3.1 Principe
2.3.2 Intégration
2.3.3 Caractéristique de la partie dynamique
2.4 Optimisation du capteur
2.4.1 Sensibilité
2.4.2 Uniformité
2.5 Limitations et diaphonie
2.5.1 Perturbations dans le diélectrique
2.5.2 CEM et Règles de design
2.5.3 Communication et timing
2.6 Séparation des parties statique et dynamique
2.6.1 Utilisation d’un film piézoélectrique
2.6.2 Partie expérimentale
2.6.3 Intégration mécanique
2.6.4 Conclusion : Forces et faiblesses du capteur
CHAPITRE 3 UNITÉ DE MESURE INERTIELLE
3.1 Introduction
3.2 Configuration de la pince pour la saisie d’objet
3.2.1 Sous actionnement
3.2.2 Algorithme de système de référence de cap et d’attitude
3.2.3 Intégration
3.2.4 Angles des doigts de la pince pour la saisie
3.3 Discrimination des vibrations externes avec l’accéléromètre
CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
ANNEXE I ANNEXE
BIBLIOGRAPHIE
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