Projet STI2D : Prothèse de main et captage myographique publié le 24/01/2021

1.Présentation, genèse du projet

En terminale STI2D, un projet d’une durée de 70 heures vient finaliser les enseignements de spécificités en permettant aux élèves, par groupe de 3 à 4, de monopoliser les connaissances acquises au cours des deux années de première et terminale.
Au lycée Jean Moulin de Thouars (79), une équipe STI2D-SIN composée de trois élèves (Melvin, Steve et Charly) ont choisi une thématique liée au handicap en s’intéressant particulièrement à la faisabilité d’une prothèse de main gérée musculairement.
La partie pilotage/analyse numérique a été réalisée par une équipe d’élève de STI2D-SIN tandis que la partie réalisation technique de la main a été confiée à une équipe de STI2D-ITEC.

2. Le cahier des charges

• Assurer le pilotage par captage myographique d’une main robotisée ;
• Réaliser une application Androïd permettant de tester/mettre en mouvement chaque doigt de la prothèse ;
• Réaliser une main en impression 3D, instrumentée, pilotable par la solution élaborée en STI2D-SIN.
  

  Diagramme exigence SysML

3. Les solutions et leurs réalisations technologiques

Le captage électro-myographique (MyoWare)

Ce capteur délivre une tension électrique liée à la contraction musculaire (ici du biceps).

L’analyse du signal capteur et la transformation en signaux de commande

Afin de réaliser cette importante partie liée au traitement de l’information, un kit de développement utilisant un microcontrôleur de type Cypress PSOC-5 (Programmable System On Chip) a été employé ainsi que son logiciel de développement associé (PSOC CREATOR).
Ce type de microcontrôleur intègre un microprocesseur puissant mais également des fonctionnalités analogique/numérique, sous forme de composants, qui peuvent être assemblés dans un environnement appelé TopDesign.

Production des signaux de commande des servomoteurs

Afin de caractériser complètement les signaux de commande destinés aux servomoteurs de la main, un VI (Virtual Instrument) a été produit à l’aide de LabView (National Instruments). LabView est un Environnement Intégré de Programmation et permet de produire des applications (VI) principalement destinées à l’acquisition, analyse des signaux et pilotage de systèmes. C’est un environnement très complet idéal pour l’expérimentation.

Ce VI a permis d’élaborer les relations de calcul, intégrées dans le microcontrôleur et destinées à produire les signaux de commande (PWM) des servomoteurs.

Application sur tablette tactile

Pour des raisons de durée de développement, l’élève chargé de la réalisation de l’application s’est tourné vers MIT-AppInventor, un IDE graphique permettant de produire des applications Androïd.
La programmation est de type POO (Programmation Orientée Objet) et est effectuée graphiquement (Blockly).

L’application produite se veut simple mais affordante. Elle permet de piloter chaque doigt de la main, par l’intermédiaire de boutons mais également à l’aide de sliders permettant un pilotage plus "tactile".

La communication entre la tablette et le kit de développement PSOC5 est effectué par Bluetooth.

4. Conclusion

L’outil numérique a été la colonne vertébrale de ce projet. Les programmations en langages C (PSOC 5), Blockly (AppInventor) et G (LabView) ont apporté aux élèves différents paradigmes possibles quant au développement d’applications. La modélisation 3D (SolidWorks) ainsi que l’impression 3D a pu rendre possible la matérialisation de solutions imaginées en spécificité ITEC.
La souplesse des outils utilisés a permis de gagner en temps de création et surtout a favorisé la création elle-même.