S UIVI EN ORIENTATION

Nous avons implanté l’ensemble des lois de commande présentées ci-dessus dans le contrôleur du robot. Cependant, avant de tester le comportement de notre interface dans un cas complexe, nous avons testé chaque mode de fonctionnement de façon unitaire.

Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au suivi en orientation de la phalange distale par notre interface, l’effecteur étant maintenu en position fixe. La mesure de l’orientation est acquise par les différentes cartes filles capteurs dont les données sont synchronisées par la carte mère capteur. Le bus EtherCAT est ensuite utilisé pour transmettre cette information au contrôleur qui calcule et régule les vitesses des trois moteurs du système d’orientation via les lois de commande implantées (cf. Figure 5.11).

Figure 5.11 : Partie de la commande utilisée pour le suivi en orientation (en bleu).

En pratique, l’utilisateur bouge sa phalange à l’intérieur de l’effecteur et l’interface compense ces mouvements pour maintenir l’axe de l’effecteur parallèle à celui du doigt. La supination du doigt n’étant pas mesurée, seuls les deux autres angles relatifs sont mesurés.

Le premier test effectué concerne un mouvement similaire à l’abduction – adduction (rotation autour de l’axe 𝑍 défini sur la Figure 4.21 et lié à la base du robot, cf. Figure 5.12).

Figure 5.12 : Définition des repères utilisés pour les évaluations du suivi en orientation. R = (O , X , Y , Z ) est le repère de base du robot.

R = (O , X , Y , Z ) est le repère lié à l’effecteur creux du robot de l’index.

On notera que, l’effecteur étant maintenu en position fixe, l’utilisateur ne peut pas garder sa main à proximité de la base du robot lorsqu’il tourne son doigt autour de l’axe 𝑍 . Il doit déplacer sa main au fur et à mesure qu’il modifie l’orientation du doigt. Dans la pratique, le maintien en position est assuré mécaniquement par des pions. Dans ces conditions, la position fixe de référence n’est pas libre. Elle est placée nettement en dessous de la base du robot (cf. Figure 5.13).

Figure 5.13 : Rotation autour de de l’axe 𝑍 pour simuler un mouvement d’abduction – adduction. Les résultats ci-dessous montrent que pour suivre le doigt, le robot effectue des mouvements de grande amplitude, 30° pour ce test, autour de l’axe 𝑍 (cf. Figure 5.14). Le mouvement du doigt n’étant pas contraint, on voit aussi un léger mouvement du robot de 8° autour de l’axe 𝑌 .

Figure 5.14 : Orientations de la capsule autour des axes Y et Z lors d’un mouvement similaire à un mouvement d’abduction-adduction de l’index et évolution des angles relatifs

α et β entre l’axe de l’effecteur et celui de la phalange distale au cours de ce mouvement.

Pour juger de la qualité du suivi, on mesure l’écart angulaire entre le doigt et le robot au cours de ce mouvement. Les angles de référence utilisés pour cela sont les angles 𝛼 et 𝛽 définis dans le paragraphe 3.3. Ils permettent de passer du repère 𝑅 lié à l’effecteur de l’index au repère 𝑅 lié à sa phalange distale en tournant successivement de l’angle 𝛼 autour de Xei puis de l’angle 𝛽 autour de l’axe Y obtenu après cette première rotation (cf. Figure 5.12). Comme le montre la Figure 5.14, on observe au cours du suivi un retard maximum inférieur à 6° entre le doigt et l’effecteur (angle beta). Ce retard ne dérange pas le suivi puisqu’il ne crée pas de contact entre l’utilisateur et les bords de l’effecteur.

Le même essai a ensuite été réalisé avec un mouvement de flexion (cf. Figure 5.15).

Les résultats obtenus montrent que, pour une rotation autour de l’axe 𝑌 de 70° environ, l’effecteur arrive à suivre le doigt avec un retard qui reste inférieur à 4° pendant la majorité du mouvement (cf. Figure 5.16, angle alpha). Ce retard est plus faible lors d’un mouvement de flexion – extension que lors d’un mouvement d’abduction – adduction, la précision de mesure étant meilleure en flexion – extension. La rotation parasite autour de l’axe 𝑍 a ici une amplitude de 7°. Comme précédemment, il n’y a aucun contact entre l’interface et l’utilisateur au cours de ce mouvement.

Figure 5.16 : Orientations de la capsule autour des axes Y et Z lors d’un mouvement similaire à un mouvement de flexion-extension de l’index et évolution des angles relatifs α et β entre l’axe de l’effecteur et celui de la phalange distale au cours de ce mouvement.

Ce test a enfin été effectué pour un mouvement oblique faisant intervenir plusieurs axes de rotation. Ce mouvement ressemble à un mouvement d’abduction-adduction mais avec un doigt incliné (cf. Figure 5.17).

Figure 5.17 : Rotation autour de l’axe 𝑍 avec le doigt incliné pour produire un suivi combiné de l’effecteur autour des axes 𝑌 et 𝑍 .

Dans ces conditions, on observe que le mouvement de grande amplitude (environ 85°) autour de l’axe 𝑍 est accompagné d’une rotation autour de l’axe 𝑌 atteignant 10° environ (cf. Figure 5.18). Comme le montrent les résultats obtenus, nous constatons que l’interface suit aussi le doigt en orientation lors de ce mouvement. Le retard de l’effecteur sur le doigt reste inférieur à 4° sur l’un des axes et bien qu’il atteigne presque 10° sur l’autre, cela ne dérange pas le suivi puisqu’il ne crée pas de contact entre l’utilisateur et les bords de l’effecteur.

Figure 5.18 : Orientations de la capsule autour des axes Y et Z lors d’un mouvement oblique de l’index et évolution des angles relatifs α et β entre l’axe de l’effecteur

et celui de la phalange distale au cours de ce mouvement.

Nous pouvons conclure de ces différents essais que l’interface mesure et compense correctement l’orientation du doigt.