ASSEMBLAGES D'ACCÉLÉROMÈTRES
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.
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 ?
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).
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).