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Les assemblages d'accéléromètres sont des capteurs qui permettent
d'estimer le champ des accélérations d'un objet, c'est-à-dire, les
accélérations de plusieurs ou de tous les points de l'objet auquel les
accéléromètres sont attachés. De là, on peut estimer le mouvement du
corps. Généralement
plus précis, les gyroscopes mécaniques microfabriqués sont souvent
préférés aux accéléromètres pour estimer la vitesse angulaire d'un
corps rigide. Cependant, grâce à leur robustesse et à leur faible coût,
les accéléromètres sont préférés aux gyroscopes dans certains créneaux
comme, par exemple, les essais de chocs, le guidage de projectiles, les
robots mobiles et maintenant, les manettes de jeu vidéo Wii.
Fig. 1 : Représentation d'un gyroscope mécanique.
Au laboratoire, les recherches
portent sur deux aspects : la théorie derrière les assemblages
d'accéléromètres et leur utilisation dans l'interaction
humain-machine.
Théorie des assemblages d'accéléromètres
En guise d'aperçu de la théorie permettant de
modéliser, d'analyser et de synthétiser des assemblages
d'accéléromètres, on donne ici quelques unes des grandes questions
auxquelles on tente de répondre :
- Quels sont les assemblages d'accéléromètres qui
permettent d'estimer
telle ou telle composante du champ des accélérations du corps se
déplaçant dans l'espace (le champ des accélérations est représenté
à la Figure 2) ?
- Quel est le minimum d'accéléromètres nécessaires à l'estimation de la trajectoire d'un objet dans l'espace ?
- Comment les accéléromètres devraient-ils être positionnés et orientés afin de donner une précision optimale ?
- Comment devrait-on combiner les mesures d'accéléromètres afin d'obtenir des estimés robustes des paramètres
cinématiques usuels comme l'accélération d'un point de référence,
l'accélération angulaire et la vitesse angulaire, par exemple ?
Fig. 2 : Représentation du champ des accélérations d'un corps rigide.
Afin de répondre à la dernière question, un assemblage
d'accéléromètres (voir la photo ci-contre) a été réalisé par Guillaume
Fournier et Philippe
Gagnon, tous deux étudiants au département de génie mécanique de
l'Université Laval. À cause de sa géométrie
d'octaèdre (polyèdre régulier à huit faces, comme certains dés de jeux
de société), cet assemblage d'accéléromètres a été baptisé OCTA
(Octahedral Constellation of Twelve
Accelerometers). Une paire d'accéléromètres orthogonaux
(petites
boîtes noires sur la photo) est située à chacun des six sommets de
l'octaèdre régulier. Guillaume et Philippe ont secoué l'assemblage
d'accéléromètres tout en enregistrant les mesures des accéléromètres et
d'un capteur de référence mesurant les déplacements d'OCTA (petite
boîte grise sur la figure). Ils ont ensuite appliqué un algorithme
développé au laboratoire pour extraire la vitesse
angulaire des mesures d'accéléromètres, qu'ils ont comparées à celles
mesurées à l'aide du capteur de déplacement. Le résultat obtenu
apparaît ci-dessous, où l'on peut voir que les estimés provenant des
accéléromètres sont très proches des estimés provenant du capteur de
déplacement (FOB).
Fig. 3 : Vitesses angulaires estimées par l'assemblage
d'accéléromètres OCTA et par un capteur de déplacements industriel (FOB).
En fait, il s'agit
des estimés de la vitesse angulaire obtenus à partir
de mesures d'accélération les plus précis jamais observés. Ces
résultats sont prometteurs, étant donné que les accéléromètres coûtent
moins cher que les autres capteurs permettant d'estimer la
vitesse angulaire. Bravo à tous les deux pour ces résultats !
Interaction humain-machine
Une suite
naturelle aux travaux de Guillaume et Philippe consiste à utiliser les
accéléromètres dans un appareil similaire à la télécommande Wii
(Wii-mote) de Nintendo, ce qui permettrait d'interagir avec un
environnement virtuel. L'objectif serait d'atteindre des performances
supérieures (précision supérieure et plage de mesures plus grande) à
celles de la télécommande Wii pour un moindre coût. Un tel appareil
trouverait application dans l'industrie du jeu vidéo, mais aussi,
potentiellement, dans la conception assistée par ordinateur, et dans
plusieurs tâches de téléopération (tâches où on doit contrôler un robot
à distance).
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