Rapport final

Université du Québec à Chicoutimi
MODULE D’INGÉNIERIE
GÉNIE ÉLECTRIQUE
PROJET DE SYNTHÈSE 6GIN555
Rapport final
CONCEPTION D’UN SYSTÈME D’ENTRAINEMENT DU BRAS AVEC
RÉTROACTION ÉLECTROMYOGRAPHIQUE
2010-187
Préparé par
Olivier Fortin et Jean-Michel Tremblay
Pour
M. Hung Tien Bui
UQAC
4 Mars 2011
CONSEILLER : M. Hung Tien Bui
COORDONNATEUR : Jacques Paradis, ing

Approbation du rapport final pour diffusion
Nom du conseiller Hung Tien Bui
Date 22 Avril 2011
Signature

Remerciements
Nous aimerions tout d’abord remercier M. Hung Tien Bui, conseiller et
promoteur de notre projet. Ensuite, nous voudrions remercier M. Martin Otis qui
nous a aidés et conseillés tout au long de notre processus de conception.
Finalement, nous tenons aussi à remercier M. Richard Martin qui nous a été le
préconisateur de notre montage.

Résumé
Afin de d’accélérer le processus de réadaptation et ainsi, favoriser le
retour au travail, le promoteur propose développer un système de réhabilitation
autonome. Le système comprend un moteur CC simulant un poids en boucle
fermée, une mesure électromyographique pour optimiser la réadaptation et des
mesures provenant des jauges de déformation. Tout ceci vise à assurer que
l’utilisateur exerce une force optimale et sécuritaire.
Les contraintes suivantes devaient être observées :
- Assurer la sécurité de l’utilisateur
- Permettre des pas plus petits que la réhabilitation par poids libres
- Rendre le système ajustable et opérable par l’utilisateur même
Afin de rendre le système fonctionnel, la modélisation de la boucle
d’asservissement fut nécessaire. De plus, l’alimentation du moteur fourni par le
département fut conçu, ainsi que tous les circuits intégrés gérants cette boucle
d’asservissement et finalement la programmation sur FPGA de l’algorithme
d’asservissement.
Pour conclure, tous les éléments de conception furent réalisés avec succès.
L’étude de la boucle d’asservissement et son implémentation effectuent très bien
la fonction exigée.

Table des matières
1. Introduction. ....................................................................................................................... 8
2. Présentation du projet. ..................................................................................................... 9
2.1. Présentation du Projet. ................................................................................................ 9
2.2. Description de l’équipe de travail. ............................................................................... 9
2.3. Problématique et état de l’art reliés au projet. ......................................................... 10
2.4. Objectifs généraux et spécifiques du projet. ............................................................. 10
3. Aspects techniques et éléments de conception relatifs au projet ............................... 12
3.1 Principe de l’asservissement.................................................................................. 12
3.2 Alimentation ............................................................................................................. 13
3.3 Commande du moteur ............................................................................................ 16
3.3.1 Optocoupleur ......................................................................................................... 20
3.4 Pont de Wheatstone – Jauges de déformation ...................................................... 20
3.5 Électromyogramme ...................................................................................................... 24
3.6 Boucle de courant ........................................................................................................ 26
3.6.1 Fonction de transfert du moteur CC .................................................................... 27
3.6.2 Filtre de courant .................................................................................................... 29
3.6.3 Fonction de transfert du filtre ............................................................................... 38
3.7 Boitier du FPGA ........................................................................................................... 42
3.7 Boitier du FPGA ........................................................................................................... 42
3.8 Programmation ............................................................................................................. 44
3.8.1 Bloc de comparaison des poids ........................................................................... 46
3.8.2 Bloc de comparaison des courants...................................................................... 47
3.8.3 M.L.I. et MOSFETs ............................................................................................... 48
3.8.4 Encodeur ................................................................................................................ 49
3.9 Conception mécanique ............................................................................................... 52
3.9.1 Conception du bras mécanique ........................................................................... 52
3.9.2 Calcul de la contrainte avec la force maximale appliquée ................................. 52
3.9.3 Calcul de la masse maximale applicable ............................................................ 53
3.9.4 Conception de l’adapteur pour le réducteur de vitesse ..................................... 54
4. Bilan des activités .............................................................................................................. 55
4.1 Arrimage formation académique / application pratique du projet .............................. 55