Projets:Exocoude

Description du projet

Mathilde est en fauteuil roulant. Avec sa main droite elle contrôle divers position de son fauteuil et également l'exosquelette de son bras gauche. Elle souhaite maintenant pouvoir déplacer son bras droit de droite à gauche et de haut en bas, le pivoter, sans l'aide de son assistant de vie.

Cahier des charges

Trouver un moyen pour Mathilde de mouvoir son bras droit de manière autonome. Et lui permettre de le pivoter, le déplacer, en douceur, sans avoir besoin de trop forcer. Il faut pouvoir également revenir à ses commandes du fauteuil, de manière autonome. L'objectif est également de pouvoir réunir ses bras, si elle le souhaite.

Analyse de l'existant et liens utiles

Un premier exosquelette a été réalisé par Christian (projet visible dans la catégorie Motricité intitulé Exosquelette coude) . Celui-ci contient un support pour tenir l'avant-bras. Sous ce support il y a une poulie qui est reliée via des jeux de câbles vers 2 moteurs.

Le premier prototype a été validé par Mathilde cependant, il souffre de nombreux défaut et d'améliorations.

L'idée est de concevoir une seconde version corrigeant ces défauts et incluant ces améliorations.

Une version plus récente et abouti du prototype est documenté ici.

Matériel

Prenez une équipe motivée

Fichiers source

Télécharger les deux programmes serveur et client à téléverser sur les ESP32

Etapes de fabrication pas à pas

Ce projet requiert 4 pôles de fabrication :

• le montage électrique alimentant les moteurs
• le montage mécanique du support du bras et des moteurs
• la programmation des cartes électroniques pour commander les moteurs et celle de l'interface de contrôle

Nous verrons ces différentes étapes de manière séquentielles, mais il est possible de les concevoir en parallèle.

Montage électrique

Voici le plan du montage

Le schéma du montage électrique est annoté :

• A : Carte de conversion de tension DC
  • Abaisse la tension de la batterie du fauteuil de 24V à 5V pour alimenter les cartes relais et l'ESP32

• B et B' : Carte 2K-5jva ajuste la tension de fonctionnement des moteurs. A partir de la tensio de la batterie du fauteuil, réglage d'une tension de sortie (0.5 - 30V).

• C et C' : carte relais

Montage mécanique

L'objectif est de créer le support au coude qui contient une platine pour permettre au bras de pivoter de droite à gauche, sans empêcher non plus le mouvement haut bas de l'avant-bras. Ce support est relié par cable aux moteurs, par le biais de poulie et de pièce permettant le relâchement du fil. Le résultat de cette étape est visible sur la photo suivante :

Vue globale du montage mécanique de l'exosquelette

Voici comment procéder. Le support en contact avec l'avant-bras est une simple gouttière en pvc, coupée en deux pour l'ouvrir, puis recoupée dans la longueur pour avoir la hauteur souhaitée. Elle a été ensuite chauffée afin de l'élargir à la dimension de l'avant-bras. Ce support sera guidée par les moteurs afin de déplacer l'avant-bras.

Découpage et modelage du tube PVC

A cette gouttière, est attachée des plaques d'aluminium. La plaque d'aluminium a été coupée, pliée et limée afin de fabriquer ces plaques.

Finalement la plaque d'aluminium étant trop courte, elle a été rallongé de deux petites plaques :

Attachée aux plaques une impression numérique guidera les cables correctement sans empêcher le mouvement. L'impression 3D comprend 2 pièces : Le couvercle : Media:Couvercle v2.stl Le corps : Media:Tirage_Haut.stl = fichier 3d de l'impression 3D

Programmation des cartes électroniques

L'objectif est de permettre à Mathilde de déplacer volontairement son avant-bras droit de haut en bas et de droite à gauche.

Pour cela 2 moteurs seront actionnés et contrôlés grâce à 2 cartes électroniques ESP32 devKitC v4.

Lien vers info https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/v3.3/get-started/get-started-devkitc.html#get-started-esp32-devkitc-board-front et datasheet https://www.mouser.fr/pdfDocs/esp32_devkitc_v4-sch.pdf.

Une carte de captation placée sur le doigt a pour rôle de transmettre le sens du mouvement (haut bas, gauche droite) en Bluetooth Low Energie (BLE).

La seconde carte, reçoit cette information et active les moteurs. L'interrupteur placé sur le fauteuil et relié à cette carte permet d'allumer ce système.

Comment cela marche ?

Mathilde a sur son doigt un interrupteur flexible (NOM) qui a 3 fonctions :

• Basculer en ON / OFF en pliant le doigt 3 secondes (équivalent au clic long)
• Inverser le sens (gauche droite, haut bas) par un plie rapide du doigt (équivalent au clic court)
• Changer l'axe du mouvement (vertical ou horizontal) en pliant deux fois le doigt (équivalent du double clic)

Le récepteur, placé sur la carte moteur, est fixé sur le fauteuil reçoit les informations de l'émetteur et active les moteurs et gère l'activation et la désactivation. L'activation et la désactivation du système s'effectue au moyen du mouvement de l'épaule gauche. L'aimant placé sous le fauteuil sous l'axe du bras gauche est déplacé par le mouvement de l'épaule afin de le positionner au-dessus de l'interrupteur et activer le mouvement.

Comment configurer l'IDE Arduino pour flasher les cartes esp32 ?

Installer les outils de développement esp32, Pour en savoir plus consultez par exemple https://espressif-docs.readthedocs-hosted.com/projects/arduino-esp32/en/latest/installing.html

Sur l'IDE Arduino, choisissez le type de carte ESP32 dev module.

Voici le Code pour les cartes, cf dépôt github MHK / Exocoude https://github.com/myhumankit/Exocoude lien ESP32_Capteur_BLE_Srv.ino : code de l'émetteur https://github.com/myhumankit/Exocoude/tree/main/ESP32_Capteurs_BLE_Srv lien ESP32_Moteurs_BLE_Cli : code du récepteur https://github.com/myhumankit/Exocoude/tree/main/ESP32_Moteurs_BLE_Cli