Projets:Magic joystick 2022

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Magic joystick 2022

Magic joystick 2022.jpg

Informations
Description Joystick à faible force, pouvant être manipulé avec une mobilité très réduite et interfacé avec un fauteuil électrique.
Catégorie Motricité
Etat d'avancement Réalisés
Techniques impression 3d, électronique, soudure
Durée de fabrication de 16 à 32 h
Coût matériel Moins de 50 euros
Niveau Moyen
Licence by-sa
Date de création 2022-06-10
Équipe
Porteur de projet Jonathan
Contributeurs Elektron, Alexandre, Théo
Fabmanager Delphine
Référent documentation Delphine
Nom humanlab Humanlab_MHK
Documentation
Statut de la documentation Partielle
Relecture de la documentation Non vérifiée


Description du projet

Réaliser un joystick à faible force, qui puisse être manipulé avec une mobilité très réduite et interfacé avec un fauteuil électrique.

Cahier des charges

Analyse de l'existant

Historique des versions antérieures :

Equipe (Porteur de projet et contributeurs)

  • Porteur du projet :Jonathan
  • Concepteurs/contributeurs :Christian, Alexandre, Théo, Aexandre
  • Fabmanager référent :Delphine
  • Responsable de documentation :Delphine

Matériel nécessaire

  • pièces en impression 3D
  • boîtier en contreplaqué découpé au laser
  • 1 feuille de rhodoïde pour fabriquer des rondelles qui servent de cales si nécessaire
  • Joint torique miniature diamètre interieur 3mm, diamètre exterieur 5mm
  • 12 aimants néodyme 3x3mm N52
  • tige en laiton, diamètre 0.9mm
  • tige de 4mm de diamètre (baton de sucette, tige carbone ou autre matériau non magnétique)
  • lubrifiant silicone liquide (1 goutte!)
  • capteur de positionnement MLX90333 ou utiliser un capteur MLX90393 qui permette une récupération des axes x,y,z, voir par exemple chez adafruit https://www.adafruit.com/product/4022 , ou chez sparkfun : https://learn.sparkfun.com/tutorials/qwiic-magnetometer-mlx90393-hookup-guide. Si choix du capteur MLX90393, il faudra remodéliser la pièce sur laquelle il s'intègre.
  • convertisseur 12bits analogique/numérique ADS1015 (pas besoin si on utilise la librarie du capteur à effet de hall pour lire les données numériques, pas encore réalisé)
  • résistances : 2 x 1k8, 2 x 3k3

Visserie : Pour les vis avec tête, prendre des vis tête cylindrique ou empreinte creuse 6 pans( pour clef allen ) pour éviter que cela dépasse sur l'extérieur

Outils nécessaires

Coût

Fichiers source

Etapes de fabrication pas à pas

Imprimer les pièces

  • Imprimer les pièces en PLA ou ABS avec une densité de 60%, qualité de 0.15mm, et des supports uniquement en contact avec le plateau
  • Durée d'impression : environ 13 heures
vue d'ensemble des pièces à imprimer sauf la pièce "Fond" qui ne figure pas sur ce plateau


Bien vérifier que les pièces intermédiaires (m-joy2 et m-joy2-2) et les pièces extérieures (m-joy1 et m-joy1-2) aient la fente vers le haut.

Impression pièces intermédiaires fente vers haut
Impression pièces extérieures fente vers haut


Le corps du joystick et le fond doivent être imprimées partie couvercle vers le haut pour le fond, et partie inférieure vers le haut pour le corps.

Sens d'impression des pièces "corps" et "fond"


Préparer le porte aimant pour manipuler les aimants

A l'aide d'une pince ou d'un tournevis, insérer en force un aimant à l'extrémité de la tige carbone ou du baton de sucette . Cela permet de venir positionner ou retirer les aimants plus facilement. On peut ainsi coller les aimants les uns au-dessus des autres.


Vue de l' aimant enfoncé à l'extrémité du baton de sucette
Vue des aimants collés les uns aux autres sur le porte aimant


Préparer les aimants

  • Mettre les aimants les uns sur les autres pour connaitre leur nord/sud et faciliter le marquage.
  • Colorier au stylo indélébile une face de l'aimant (Nord ou Sud) et répéter l'opération pour l'ensemble des aimants afin qu'ils soient tous marqué du même côté (nord ou sud)
  • Stocker les aimants sur le porte aimants
Marquage des aimants au stylo indélébile
Porte aimant avec les aimants les uns sur les autres


Préparer les pièces imprimées

Limer les angles des pièces imprimées (préciser lesquelles)

Ajuster le filetage des pièces intérieures "Limiteur" et "Porte hall"

Avec l'outil "Jauge de filetage" repasser avec le bon pas de vis (ici 1.5mm) dans le filetage pour que celui-ci soit bien ajusté en enlevant les aspérités de l'impression.

Les pièces intérieures "Limiteur" et "Porte hall" avec l'outil "jauge de filetage" et l'outil de mesure de filetage qui peuvent servir l'un comme l'autre à lisser le filetage existant


Tarauder la pièce intermédiaire "m-joy2"

Les deux pièces intermédiaires ne sont pas identiques. Le "m-joy2-2" a des trous de 3 pour que les vis passent mais il faut tarauder le "m-joy-2" dont les deux trous mesurent 2.5 de diamètre pour que les vis se prennent bien dans le filetage.

  • Tarauder les 2 trous de 2.5mm avec le taraud de 3mm, passe 1, et éventuellement passe 2 ensuite au besoin,
Trous à tarauder sur la pièce intermédiaire m-joy-2


Taraudage des trous, respecter le sens de la pièce quand on fait le taraudage


Préparer les trous des pièces intermédiaires "m-joy" et "m-joy2"

Les deux pièces ont un trou qui passe de 3mm de diamètre à 2mm de diamètre à mi hauteur afin de bloquer l'aimant.

Explications en vidéo :


  • Avec une fraise de 3mm (pour faire un fond plat pour que l'aimant puisse bien se poser au fond), fraiser les trous jusqu'à mi hauteur (profondeur de 1.5mm)
Trou à fraiser sur chacune des pièces intermédiaires "m-joy" et "m-joy2" pour loger l'aimant
Fraisage avec fraise de 3mm


  • Vérifier que l'aimant se loge de part et d'autre de chaque pièce afin que les deux pièces soient parfaitement collées l'une à l'autre quand on les assemble.
Aimant positionné dans le trou de la pièce intermédiaire pour se glisser dans l'autre pièce intermédiaire en vis à vis
Pièces intermédiaires assemblées avec l'aimant logé à l'intérieur de chacune d'elle


Taraudage des pièces extérieures m-joy1 et m-joy1-2

  • Avec le taraud de 3mm de diamètre numéro 1, tarauder la pièce extérieure du côté où le trou est en contrebas vis à vis de la surface de la pièce. De cette manière on a un guide pour tarauder et on évite d'évaser le trou ce qui serait le cas si on prenait la face où le trou est à fleur de la surface.
Sens de la pièce pour faire le taraudage




Taraudage support capteur (corps principal du joystick)

  • Avec le taraud de 3mm de diamètre passe1, tarauder le support capteur où viendront se loger les vis de 3mm de diamètre et 25mm de haut.

Afin de guider le taraudage, nous utilisons une des pièces extérieures que nous venons positionner dessus.

Positionnement de la pièce extérieure sur le corps du joystick
Positionnement de la pièce extérieure sur le corps du joystick (STL support capteur) de manière à ce que les trous soient bien en face à face avant de tarauder



Préparation du bouton du joystick

Il y a 4 versions qui ont été modélisées pour le bouton du joystick (nommés ainsi dans le dossier des STL: m-joy-3, m-joy-3-2, m-joy-3-3, et m-joy-modulable sur lequel on peut interchanger le bouton). Selon le cas d'usage une seule est à intégrer au joystick.

Vue des quatres différentes versions des boutons imprimés


Ici nous choisissons de préparer la première visible sur la photo à gauche dont les STL se nomment "pastille-4" (pièce incurvée pour manipuler le joystick) et son support "m-joy modulable". Ce modèle avait été modélisé pour que le joystick puisse se manipuler avec le menton.

Pastille-4 monté sur le support m-joy-modulable avec un batonnet (qui remplace ici une des tiges imprimées) entre les deux pour les assembler


La pièce m-joy-modulable doit être un petit peu limée sur ses deux ergots de manière à laisser un petit espace pour léviter le frottement.

Ergot indiqué par la souris à limer
Deuxième ergot à limer indiqué par la souris


Dans cette vidéo, retrouver la présentation des 4 trous pour préparer la pièce, étapes détaillées en image juste après.


  • Vérifier que l'aimant se loge dans le trou (il doit rentrer et sortir facilement). Attention il y a un sens pour insérer l'aimant qui ne peut rentrer que de ce côté puisqu'il est bloqué de l'autre par un diamètre plus petit.
Trou pour insérer l'aimant sur le m-joy modulable


  • Vérifier sur la face supérieure, que les supports des boutons (tiges) rentrent bien à l'intérieur du trou prévu à cet effet
M-joy-modulable-tige ok.png


  • A l'aide d'un forêt de 0.5mm ,et successivement 0.6mm, 0.7mm,0.8mm, et 0.9mm, repercer les trous latéraux afin que les axes en laiton s'y insèrent bien sans trop de jeu mais suffisament pour qu'ils puissent tourner librement. Insérer ensuite une tige laiton tenue par le porte outil pour vérifier que l'axe tourne sans frottement.
Vue d'un des deux trous latéraux pour insérer les axes en laiton
Perçage à main du trou de l'axe en laiton avec un forêt de 0.5mm à 0.9mm successivement


  • Retirer le support d'impression pour bien dégager le trou sur la face du dessous pour la fixation de la tige qui suportera l'aimant qui va venir qu-dessus du capteur.
Trou duquel il faut enlever les supports d'impression sur la face du dessous de la pièce
Enlever le support d'impression avec un forêt de 2.5mm ou 3mm


Enlever les aspérités restantes avec un couteau de précision
Vérifier que la tige carbonne ou autre de diamètre de 4mm s'insère bien dans le trou


Préparer la tige

  • Choisir une tige imprimée qui viendra s'insérer d'un côté sur le support du bouton et de l'autre sur laquelle viendra s'intégrer le bouton.
Tige insérée dans le support du bouton avant limage


  • Avec une lime carré plate, enlever les aspérités dûes à l'impression.
Limage de la tige


  • Vérifier que le bouton s'intègre bien sur la tige
Bouton ("pastille 4") positionné sur la tige limée


Préparer le bouton "pastille 4"

Avec une dremel, polir le bouton (nommé "pastille 4 dans les fichiers STL). Faire des pauses quand le plastique devient chaud afin qu'il ne fonde pas.

Côté à polir du bouton "Pastille 4" où il reste des résidus de support d'impression
Dremel et son embout en papier de verre pour polir la pièce


Limer excédent plastique sur "corps joystick"

  • La modélisation du corps joystick a été actualisée depuis cette photo, ne vous étonnez pas si votre pièce n'a pas de cercle au centre, c'est normal !
Limer la surface des trous pour enlever l'excédent de plastique dû à l'impression car cette face était en contact avec le plateau


Assemblage pièces extérieures sur corps joystick

  • Positionner les pièces extérieures en miroir (toutes deux sont identiques) en vérifiant que les fentes pour la tige laiton qui sert d'axe soient alignées.

Alignement pieces exterieures ok.png

  • Positionner les pièces extérieures sur le corps du joystick en vérifiant que les angles soient bien alignées

Pièces rondes angle1 ok.pngPièces rondes angle 2 ok.pngPièces rondes angle3 ok.pngPièces rondes angle4 ok.png

Assemblage pieces exterieures sur corps joystick ok.png

  • Visser l'ensemble avec les 3 vis de 30mm de longueur

Vissage pièces rondes exterieures ok.png Vissage terminée pièces rondes GP ok.png

Repercer le support d'axe sur les pièces extérieures

  • Repérer le trou du support de l'axe formé par l'essemblage des deux pièces extérieures

Trou axe pièces rondes exterieures ok.png


  • Avec un foret de 0.8mm puis un foret de 0.9mm repercer le support d'axe de part et d'autre de l'ensemble.

Perçage axe pièces rondes foret 0.8 ok.pngPercage support axes autre cote foret 0.8 ok.png

Préparation des axes en laiton

  • Couper environ 3cm de tige en laiton avec une pince coupante.
  • Poser la tige sur une plaque acier ou un support bien rigide et faire rouler la tige sous la spatule afin de la remettre bien droite. Lorsqu'il n'y a plus de vibration ressentie, c'est que la tige est prête.
Tige laiton sur support acier
Applanissement de la tige avec la spatule


  • Avec une dremel ,limer une extrémité pour la rendre pointue
Limage d'un côté de la tige en laiton


Vidéo: applanir la tige et limer une extrémité pour faire une pointe


  • Marquer avec un stylo indélébile l'endroit où faire l'angle droit. L'axe doit faire 8.7mm de long.
Marquage du pliage avec un stylo indélébilé à 8.7mm de l'extrémité


  • Positionner la pince juste après l'endroit marqué du côté où on va faire l'angle pour laisser la plus grande longueur de l'axe bien droite. positionner l'axe de 8.70mm contre la plaque acier et la pince sur le rebord de la plaque acier posée à la verticale afin de plier la tige à angle droit.
Positionnement de l'axe contre la plaque acier
Pliage à angle droit de l'axe


  • Couper avec la pince coupante la partie pliée à angle droit pour laisser une longueur de 4mm

Vidéo: Pliage de l'axe laiton à angle droit et découpe aux dimensions


  • Avec une pince coupante recouper le reste inutile de l'axe afin que la longueur de la partie en angle droit fasse 4mm de longueur.

Vues en coupe de l'insertion des axes

Vue en coupe verticale de l'insertion des axes
Vue en coupe horizontale de l'insertion des axes


Passage de l' axe en laiton sur m-joy modulable

  • Passer les deux axes en laiton à angle droit dans m-joy modulable (partie centrale)

Test frottement de m-joy modulable avec axe sur la pièce intermédiaire m-joy2 (trous de 2.5mm) qui se trouve en dessous

Une fois les axes à angle droit insérés sur le m-joy modulable, vérifier qu'il n'y ait pas de frottement.

Test des frottements entre la partie centrale (m-joy modulable) et la pièce intermédiaire m-joy2, en faisant basculer la partie centrale sur l'axe


Mise en place de m-joy-2-2 sur m-joy-2 avec m-joy-modulable entre les deux

  • Visser avec les deux vis les deux pièces intermédiaires avec la pièce centrale entre les deux

M-joy2-2 sur mjoy-2 avec m joy modulable entre les deux ok.png Vissage pieces intermédiaires ok.png

Insertion des axes en laiton sur les supports axes formés par l'assemblage des pièces extérieures

  • Insérer les axes en laiton de part et d'autre de l'assemblage des pièces intermédiaires et poser l'ensemble sur la pièce extérieure (les deux sont identiques) en place sur le corps du joystick
  • recouper les axes et les plier à angle droit afin qu'ils s'insèrent bien dans les fentes de chaque côté (11,3mm de longueur et 4 mm sur la partie à angle droit)

Test frottement pièces intermédiaires pièces exterieures ok.png

Test frottement de m-joy modulable assemblée sur pièces intermédiaires avec pièces extérieures sur corps joystick

  • Faire bouger la pièce centrale dans toutes les directions et vérifier qu'il n'y a pas de frottement. Si il y a un peu trop de jeu entre l'assemblage des pièces intermédiaires et la pièce extérieure , ajouter une rondelle découpé dans du rhodoide de chaque côté.

Test frottement pieces intermediaires pieces extres ok.png

Intégration de la pièce extérieure supérieure sur l'ensemble

  • Visser les 3 vis de 30mm de longueur pour assembler sur la pièce extérieure sur l'ensemble. Attention à bien faire correspondre les angles pour l'assemblage.
Seconde pièce extérieure avec vis légèrement vissées prête à être assemblé sur ensemble
Seconde pièce extérieure assemblée sur l'ensemble


Montage final avec les aimants

Afin de vérifier que les pièces soient correctement préparées, effectuer le montage sans les aimants. Il ne doit y avoir aucun frottement pour que le montage soit valide. Sinon limer les pièces qui provoquent les frottements.

Insertion de l'aimant sur m-joy modulable

  • Insérer l'aimant dans le trou de le pièce centrale côté marqué en rouge ou noir vers le haut
Insertion de l'aimant sur pièce centrale face marquée vers le haut


  • Ajouter une pointe de colle (mélange de ABS avec de l'acétone ou Néoprène) sur l'aimant pour l'empêcher de remonter
Colle posée sur l'aimant


Intégrer les vis sans tête sur les pièces intermédiaires m-joy2 et m-joy2-2

  • Avec une clé allen de 1.5, intégrer une vis sans tête sur chacune des deux pièces intermédiaires m-joy2 et m-joy2-2
Intégration de la vis sans tête sur m-joy2


Insertion des aimants sur les pièces intermédiaires m-joy2 et m-joy2-2

Vérifier la polarité des aimants grâce au marquage de ceux-ci au préalalble et faire correspondre cette polarité pour qu'elle soit en vis à vis avec celle de l'aimant glissé dans la pièce centrale. Ajuster en fonction sur les pièces intermédiaires

insertion aimant dans la pièce intermédiaire


assemblage vis et aimants des pièces intermédiaires avec la pièce centrale au centre


Insérer les aimants de l'autre côté des vis sans tête de manière à ce qu'une fois insérée au centre, la pièce centrale ait ses aimants avec les même poles en face à face avec les pièces intermédiaires.

Assemblage pièces intermédiaires avec pièces centrale

assemblage pièces intermédiaires avec la pièce centrale


  • On règle avec les vis sans tête la pièce centrale de manière à ce qu'elle soit bien calée au centre grâce aux aimants qui se repoussent en vis à vis avec les pièces intermédiaires dans laquelle elle est prise en sandwich.

Ajout des axes sur l'ensemble pièces intermédiaires/pièce centrale

  • Avec une aiguille à coudre, traverser l'ensemble dans le trou de l'axe afin de maintenir en position les pièces afin d'introduire l'axe d'un côté. Puis retirer l'aiguille en maintenant l'ensemble avec les doigts pour introduire l'xe de l'autre côté.
  • Vérifier qu'il n'y ait pas de frottement quand on bouge la partie centrale
  • Ajouter une pointe de colle sur le trou où l'axe est à angle droit pour éviter qu'il ne ressorte et vienne frotter contre la pièce extérieure.
  • Aiguille traversant le trou de l'axe
  • Introduction de l'axe en laiton d'un côté tandis que l'ensemble est maintenue par l'aiguille de l'autre côté
  • Axes positionnés entre pièces intermédiaires et pièce centrale


Vidéo de l'insertion des axes et réglage des vis

Ajustement vis sans tête pour positionner la pièce centrale

  • Ajuster le réglage des vis pour que la pièce centrale se trouve bien à équidistance de chaque partie intermédiaire. La pièce centrale tient ainsi toute seule grâce au magnétisme des aimants qui se repoussent
  • Si on vient serrer les vis au maximum on aura moins de débattement mais on aura davantage de force
Ajustement des vis avec clé allen


Vissage des vis sans têtes sur pièces extérieures

  • Visser la vis sans tête sur les deux pièces extérieures

Visser sur chacune des pièces extérieure une vis sans tête à l'emplacement indiqué sur la photo (de l'autre côté du trou où sera positionné l'aimant)

Insertion aimants sur pièces extérieures m-joy1 et m-joy1-2

Ici la pièce marquée d'une croix noire sera positionnée en dessous de l'autre. Insérer les aimants sur les pièces extérieures dans les trous indiqués par un rond noir sur les photos. Les nords et sud de l'aimant doivent venir chacun face au même pôle des aimants positionnés sur les pièces intermédiaires de manière à ce qu'ils se repoussent les uns les autres.

trou sur pièce extérieure pour insérer l'aimant
trou sur la deuxième pièce extérieure positionnée en dessous



Aimant face non marquée vers le haut sur la pièce extérieure inférieure
Aimant face marquée vers le haut sur la pièce extérieure supérieure


Voir la vidéo de l'insertion des aimants dans les pièces extérieures ainsi que l'assemblage des pièces extérieures avec la partie centrale, le tout monté sur le corps du joystick

Positionner le sous ensemble formé par les pièces intermédiaires et la pièce centrale sur la pièce extérieure

  • Poser l'ensemble pièces intermédiaires avec la pièce centrale , sur la pièce extérieure qui se positionne dessous (celle avec une croix)
Positionnement du sous ensemble pièces intermédiaires/pièce centrale sur la pièce extérieure de manière à ce que les aimants se repoussent
Vue du sous ensemble positionné


  • Poser ensuite la deuxième pièce extérieure sur l'ensemble

2e piece extr sur ensemble interm ok.png

Poser l'assemblage sur le corps du joystick

  • Visser l'assemblage sur le corps du joystick avec les vis de 30mm de longueur et en ajoutant les toints toriques entre le corps du joystick et le reste.
  • Les joints toriques permettent de régler légèrement le centre (retour magnétique de l'aimant sur le capteur) sans avoir à toucher aux vis sans tête une fois qu'elles ont été ajustées.
Vissage de l'assemblage sur le corps du joystick avec les 3 vis de 30mm
Vue de l'ensemble vissé sur le corps du joystick


Réglage avec les vis sans tête

  • Vérifier de nouveau qu'il n'y ait pas de frottement en faisant bouger la pièce centrale dans tous les sens
  • Ajuster le réglage des vis qui se trouvent sur le haut du joystick mais également à l'intérieur de manière à centrer et ajuster l'ensemble.
Vue d'une des deux vis de réglages à l'intérieur du corps joystick
Vue du tournevis qui règle la vis sans tête par l'intérieur du corps du joystick


Insérer batonnet avec aimant

  • Insérer un aimant dans le batonnet (sa longueur sera à ajuster pour que l'aimant vienne juste au-dessus du capteur). S'aider d'une pince ou tournevis pour insérer en force l'aimant.
  • Insérer le batonnet à l'intérieur de la pièce centrale en retournant le joystick.
  • Vérifier que le batonnet est bien centrée quand le joystick est à l'envers.
  • Refaire le réglage avec les vis si le batonnet n'est pas centré. Pour cela il vaut mieux attendre que le capteur soit intégré en-dessous pour affiner le réglage.
Vérifier que le batonnet est centrée. ici, en retournant le joystick, on voit bien que le batonnet n'est pas centré


Insérer le limiteur

  • Insérer les pièces cercle 1 et 2 ou octogone 1 et 2 sur la pièce limiteur en fonction de la forme que l'on souhaite avoir pour limiter le débattement du joystick.
  • A l'aide d'un tournevis qu'on emboite dans un des trous du limiteur, on le visse dans le filetage du corps du joystick
  • Intégration du limiteur dans le corps du joystick en s'aidant d'un tournevis pour effectuer le vissage
  • Vue du limiteur en place
  • Vue globale de l'ensemble


Insérer le support capteur avec le capteur intégré dessus

Le STL du support capteur n'est pas à jour pour le nouveau capteur MLX90393. Il faut le remodéliser pour que les trous correspondent à la carte du capteur . Il faut aussi être attentif au fait que le centre du capteur soit dans l'axe de la tige avec aimant. Attention le centre du capteur n'est pas au centre de la puce à effet de hall!

Visser le fond du joystick

  • tarauder les trous du fond du joystick avec un taraud de 3mm de diamètre, en le positionnant sur le corps du joystick et fixer le fond sur le corps du joystick avec les vis de 3-16mm
Positionner le fond du joystick sur l'ensemble et tarauder les trous
Fixation du fond du joystick avec les vis de 3-16mm


Codes et schémas électroniques pour recevoir les valeurs du capteur

Capteur MLX90393 avec intégration de la librairie pour recevoir directement les valeurs numériques du capteur : https://gitlab.inria.fr/humanlab-inria/magick_joystick/-/tree/20-lecture-position-capteur

Capteur MLX90333 avec ADC pour convertir les valeurs analogiques en numériques :https://wikilab.myhumankit.org/index.php?title=Projets:Magic_Joystick_2020

Durée de fabrication du prototype final

1 à 2 jours