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Vladimir Dolmatov
Faculté électrotechnique
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Département français des sciences et techniques
Chaire Commande électrique et l'automatisation des installations industrielles
Spécialité Systèmes électromécaniques d’automatisation et commande électrique
Commande hybride par le fauteuil roulant manuel
Chefs scientifique: prof. V. Borissenko (DonNTU), E. Monacelli (UVSQ)
Consultants: V. Khomenko, A. Melnik
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Abstract
Le développement à cette heure de la robotique, des moyens de l'automatisation et des théories d'innovation mathématiques demande de l'application de ces obtentions sur la pratique dans les branches, qui sont dirigées sur l'amélioration de la vie des gens avec les besoins spéciaux.
La direction prioritaire à qui les pays principaux du monde accordent une grande attention aux dernières décennies est une introduction des technologies d'innovation à la médecine dans le but de la création et du perfectionnement des dispositifs aidant dans le déplacement des gens, les capacités du déplacement indépendant de qui sont limitées.
Montrer la possibilité de l'application des technologies d'innovation dans le but de la création de la commande hybride par le fauteuil roulant manuel sur la base du combinateur de la logique flou et des extensomètres, qu'on permettra de la personne avec les possibilités limitées du mouvement se déplacer sur le fauteuil roulant manuel avec suffisamment de grande vitesse meme à la moindre application des forces.
La personne, pour se déplacer, tourne deux roues. A l'application de la force insuffisante au déplacement personnel, les moteurs commencent travailler. Plus la personne applique des plus efforts, plus les moteurs lui donnent une plus aide. Pour le travail bien de fauteuil il est nécessaire deux moteurs: pour chacune de deux roues. S'il y aura une nécessité de se dérouler, alors la personne tourne une roue dans un sens, mais l'autre à l'autre, c'est pourquoi il est nécessaire que la commande electrique a le revers. Si la personne descend de la surface inclinée et il lui est nécessaire de ralentir la vitesse du mouvement, il applique par les mains l'effort vers les jantes des roues qui orienté au direction à mouvement opposé. Pour l'allégement de la manoeuvre donnée le procès du blocage est saisi par les moteurs en augmentant la couple total de frein. Le blocage se réalisera de contre-engagement. Quand la personne se déplace sur le fauteuil grace à la force personnelle (la commande electrique ne marche pas), alors les moteurs fonctionnent comme les générateurs qui réenregistrent constamment l'accumulateur.
Un problème principal lié avec la commande par le fauteuil est la définition de la force mise par la personne pour la rotation des roues. Dans l'article [1] on proposait une méthode intéressante de la définition de cette force à l'aide du capteur de couple fixé sur un principal axe de la roue:
Ce moyen permet de déterminer avec la précision suffisante la couple mise par la personne pour la rotation de la roue, mais il est difficilement réalisé dans les conditions de laboratoire, puisque pour installer le capteur de la couple et fixer la jante de la roue chez lui il faut refaire totalement la roue, c'est pourquoi nous décidions d'utiliser au lieu du capteur de la couple les capteurs des forces (les extensomètres) qui se fixent sur les broches joignant la jante avec la roue:
Sur ces broches au cours de la rotation de la jante avec la roue il y a des assez fortes déformations de flexion et de la torsion. On peut les mesurer si coller à la broche les extensomètres en tel ordre: deux à une série d'une part (ils travaillent sur la compression) et deux à une série du coté opposé de broche (ils travaillent sur la distension):
Il est nécessaire de fixer la broche à la jante pour que les résistances s'installent le long de l'axe de rotation pour le mieux possible mesurer la déformation de flexion de la broche:
A son tour les extensomètres sur la broche ont le circuit en pont de la liaison, puisque notamment le circuit en pont répond aux demandes de la mesure précise de la valeur de la déformation des extensomètres et donne la plus petite erreur:
A la déformation de la broche l'égalité R1*R3=R4*R2 ne se conserva pas, le pont deviendra déséquilibré, entre les points a et c il y aura une différence des potentiels et sur l'amplificateur on entrera les signaux.
Pour recevoir l'information precise sur la force mise à la jante il est nécessaire d'utiliser au minimum trois broches de six possible avec les capteurs collés sur eux. Ces trois broches seront s'installer sur la jante comme il suit:
En fin de compte le schéma de la liaison sera:
Le pont sera équilibré, si on respectera l'égalité: (R1+R2+R3)*(R10+R11+R12)=(R4+R5+R6)*(R7+R8+R9).
La question du principe de la commande par le fauteuil est très intéressant aussi. J'ai profité ici d'approche faite par les auteurs [2] et j'ai fait le schéma personnel de la commande:
Les auteurs [2] utilisaient dans ses système le moteur à courant continu avec le réducteur. J'ai décidé de profiter aussi de leur approche, mais conformément au mon système prendre le moteur à courant continu avec les aimants permanents sur le stator (pour qu'on pourra créer facilement le régime générateur). Ce type de moteur a beaucoup d'avantages: la simplicité de l'installation et la commande, une grande couple de démarrage, le réglage de la vitesse dans une large gamme. Le blocage d'un tel moteur se réalisera de contre-engagement:
Quant au signal allant des extensomètres sur le controller de la logique floue, il est très faible, c'est pourquoi il est nécessaire de l'amplifier. A mon travail je profite de l'amplificateur élaboré par les aspirants Melnik A. et Homenko V. ayant le facteur d'amplification 500 et alimentant de deux piles à 9 V:
Le controller de logique floue est formé sur la base de la galette d'entrée/sortie Arduino Mega 2560 ayant le milieu de programme Processing/Wiring:
Nous établissions par la voie expérimentale qu'à l'effort dans 4 kg sur le controller on vient le signal à 0,1 V, qu'on permet de profiter dans les comptes suivants du coefficient de la proportionnalité: 0,1/4=0,025 (V/kg).
Très importante pour le travail de tout le système est la question liée à la commande par le fauteuil à l'aide de la logique floue. Dans le travail [3] les auteurs ont tenté de montrer à l'exemple commen la logique floue travaille. Conformément à cet exemple j'ai créé la structure du controller de la logique floue:
Sur l'entrée de ce combinateur on donne la force et sa dérivée (un coup) en volts allant des extensomètres. La sortie est la couple du moteur:
Les variables d'entrée et de sortie se composent de trois termes: S (small), M (medium) et B (big):
Le combinateur de la logique floue travaillera à l'intervalle de la force mise par la personne de 10 à 40 kg.
La question de choix du moteur et du réducteur est très intéressante pour le fonctionnement de tout le système. En s'orientant vers le moteur du fauteuil électrique qui se trouve dans l'auditoire 105, j'ai choisi le moteur des raisons de masses dimensions: P = 150 W, f = 4000 tr/min, Ìn = 0,36 N*ì. Conformément à cela on choisissait le réducteur avec la relation de transmission 100.
Le fauteuil roulant manuel avec la commande hybride sur la base du combinateur de la logique floue a une série d'avantages en comparaison avec le fauteuil commandé de joystick: le plus petites dépenses de la ressource de la batterie d'accumulateur (le travail inconstant des moteurs et chargement périodique de l'accumulateur pendant le mouvement), et en conséquence les masses dimensions paramètres moins à plusieurs fois . Le seul problème du fauteuil avec la commande hybride est les complexités dans la réalisation de la partie intellectuelle du système de commande.
Dans l'immédiat je vais modeler tout le système de commande par le fauteuil dans le milieu de programme de Matlab, mettre en évidence sur la modèle le fonction de moteur à courant continu de combinateur de la logique floue et aussi réaliser ce système pratiquement. L'achèvement définitif de l'œuvre de magistère a lieu en décembre 2012.
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