Projets:Magic joystick 2022
Description du projet
Réaliser un joystick à faible force, qui puisse être manipulé avec une mobilité très réduite et interfacé avec un fauteuil électrique.
Cahier des charges
Analyse de l'existant
Historique des versions antérieures :
- Joystick Proportionnel Sensible
- Magic joystick 2020
- Magic joystick 2021 :Mise à jour du circuit électronique
Equipe (Porteur de projet et contributeurs)
- Porteur du projet :Jonathan
- Concepteurs/contributeurs :Christian, Alexandre, Théo, Aexandre
- Fabmanager référent :Delphine
- Responsable de documentation :Delphine
Matériel nécessaire
- pièces en impression 3D
- boîtier en contreplaqué découpé au laser
- 1 feuille de rhodoïde pour fabriquer des rondelles qui servent de cales si nécessaire
- Joint torique miniature diamètre interieur 3mm, diamètre exterieur 5mm
- 12 aimants néodyme 3x3mm N52
- tige en laiton, diamètre 0.9mm
- tige de 4mm de diamètre (baton de sucette, tige carbone ou autre matériau non magnétique)
- lubrifiant silicone liquide (1 goutte!)
- capteur de positionnement MLX90333 ou utiliser un capteur MLX90393 qui permette une récupération des axes x,y,z, voir par exemple chez adafruit https://www.adafruit.com/product/4022 , ou chez sparkfun : https://learn.sparkfun.com/tutorials/qwiic-magnetometer-mlx90393-hookup-guide. Si choix du capteur MLX90393, il faudra remodéliser la pièce sur laquelle il s'intègre.
- convertisseur 12bits analogique/numérique ADS1015 (pas besoin si on utilise la librarie du capteur à effet de hall pour lire les données numériques, pas encore réalisé)
- résistances : 2 x 1k8, 2 x 3k3
Visserie : Pour les vis avec tête, prendre des vis tête cylindrique ou empreinte creuse 6 pans( pour clef allen ) pour éviter que cela dépasse sur l'extérieur
- 4 vis sans tête miniature bout plat en matériau magnétique (acier) de 3mm de diamètre et 4 à 5mm de longueur
- 2 vis avec tête, de 3mm de diamètre et 15 à 20mm de longueur en matériau non magnétique (inox, laiton ou aluminium, attention l'inox peut-être plus ou moins magnétique selon sa qualité) pour tenir l'assemblage des pièces intermédiaires
- 3 vis avec tête en matériau non magnétique, de 3mm de diamètre et 30mm de longueur pour tenir l'ensemble avec le corps du joystick
- 2 vis avec tête, de 3mm de diamètre et 6mm de longueur en matériau non magnétique pour tenir le capteur
- on peut aussi utiliser des vis de 2.5mm de diametre et de 6 à 8mm de longueur en matériau non magnétique ( pas besoin de tarauder)
- 4 vis avec tête non magnétiques, de 3mm de diamètre et 12 à 15mm de longueur pour tenir le dessous du joystick
Outils nécessaires
- fer à souder
- imprimante 3D
- découpe laser (pour le boîtier)
- Jeu de clé allen ou tournevis avec empreinte hexagonale (équivalent clé allen) de 1.5 pour vis sans tête de 3mm. Prendre aussi du 2 et du 2.5
- tournevis adapté selon le type de tête des autres vis
- Porte tarauds ou équivalent
- Jeu de tarauds de 3mm (passe 1, 2, 3)
- fraise à main de 3mm
- Jauge de filetage (outil pour mesurer filetage qui sert à ajuster le filetage imprimé)
- pince coupante
- pince non coupante (embout plat)
- limes plates (pour limer les angles des impressions 3D)
- feutre indélébile (pour marquer les aimants)
- batons de sucette (pour manipuler les aimants, et éventuellement la tige du joystick)
- colle néoprène
- dremel
- couteau de précision (lame cutter)
- jeu de petits fôrets de 0.2 à 4mm
- spatule pour redresser la tige en laiton
- pied à coulisse
Coût
Fichiers source
Etapes de fabrication pas à pas
Imprimer les pièces
- Imprimer les pièces en PLA ou ABS avec une densité de 60%, qualité de 0.15mm, et des supports uniquement en contact avec le plateau
- Durée d'impression : environ 13 heures
Bien vérifier que les pièces intermédiaires (m-joy2 et m-joy2-2) et les pièces extérieures (m-joy1 et m-joy1-2) aient la fente vers le haut.
Le corps du joystick et le fond doivent être imprimées partie couvercle vers le haut pour le fond, et partie inférieure vers le haut pour le corps.
Préparer le porte aimant pour manipuler les aimants
A l'aide d'une pince ou d'un tournevis, insérer en force un aimant à l'extrémité de la tige carbone ou du baton de sucette . Cela permet de venir positionner ou retirer les aimants plus facilement. On peut ainsi coller les aimants les uns au-dessus des autres.
Préparer les aimants
- Mettre les aimants les uns sur les autres pour connaitre leur nord/sud et faciliter le marquage.
- Colorier au stylo indélébile une face de l'aimant (Nord ou Sud) et répéter l'opération pour l'ensemble des aimants afin qu'ils soient tous marqué du même côté (nord ou sud)
- Stocker les aimants sur le porte aimants
Préparer les pièces imprimées
Limer les angles des pièces imprimées (préciser lesquelles)
Ajuster le filetage des pièces intérieures "Limiteur" et "Porte hall"
Avec l'outil "Jauge de filetage" repasser avec le bon pas de vis (ici 1.5mm) dans le filetage pour que celui-ci soit bien ajusté en enlevant les aspérités de l'impression.
Tarauder la pièce intermédiaire "m-joy2"
Les deux pièces intermédiaires ne sont pas identiques. Le "m-joy2-2" a des trous de 3 pour que les vis passent mais il faut tarauder le "m-joy-2" dont les deux trous mesurent 2.5 de diamètre pour que les vis se prennent bien dans le filetage.
- Tarauder les 2 trous de 2.5mm avec le taraud de 3mm, passe 1, et éventuellement passe 2 ensuite au besoin,
Préparer les trous des pièces intermédiaires "m-joy" et "m-joy2"
Les deux pièces ont un trou qui passe de 3mm de diamètre à 2mm de diamètre à mi hauteur afin de bloquer l'aimant.
Explications en vidéo :
- Avec une fraise de 3mm (pour faire un fond plat pour que l'aimant puisse bien se poser au fond), fraiser les trous jusqu'à mi hauteur (profondeur de 1.5mm)
- Vérifier que l'aimant se loge de part et d'autre de chaque pièce afin que les deux pièces soient parfaitement collées l'une à l'autre quand on les assemble.
Taraudage des pièces extérieures m-joy1 et m-joy1-2
- Avec le taraud de 3mm de diamètre numéro 1, tarauder la pièce extérieure du côté où le trou est en contrebas vis à vis de la surface de la pièce. De cette manière on a un guide pour tarauder et on évite d'évaser le trou ce qui serait le cas si on prenait la face où le trou est à fleur de la surface.
Taraudage support capteur (corps principal du joystick)
- Avec le taraud de 3mm de diamètre passe1, tarauder le support capteur où viendront se loger les vis de 3mm de diamètre et 25mm de haut.
Afin de guider le taraudage, nous utilisons une des pièces extérieures que nous venons positionner dessus.
Préparation du bouton du joystick
Il y a 4 versions qui ont été modélisées pour le bouton du joystick (nommés ainsi dans le dossier des STL: m-joy-3, m-joy-3-2, m-joy-3-3, et m-joy-modulable sur lequel on peut interchanger le bouton). Selon le cas d'usage une seule est à intégrer au joystick.
Ici nous choisissons de préparer la première visible sur la photo à gauche dont les STL se nomment "pastille-4" (pièce incurvée pour manipuler le joystick) et son support "m-joy modulable". Ce modèle avait été modélisé pour que le joystick puisse se manipuler avec le menton.
La pièce m-joy-modulable doit être un petit peu limée sur ses deux ergots de manière à laisser un petit espace pour léviter le frottement.
Dans cette vidéo, retrouver la présentation des 4 trous pour préparer la pièce, étapes détaillées en image juste après.
- Vérifier que l'aimant se loge dans le trou (il doit rentrer et sortir facilement). Attention il y a un sens pour insérer l'aimant qui ne peut rentrer que de ce côté puisqu'il est bloqué de l'autre par un diamètre plus petit.
- Vérifier sur la face supérieure, que les supports des boutons (tiges) rentrent bien à l'intérieur du trou prévu à cet effet
- A l'aide d'un forêt de 0.5mm ,et successivement 0.6mm, 0.7mm,0.8mm, et 0.9mm, repercer les trous latéraux afin que les axes en laiton s'y insèrent bien sans trop de jeu mais suffisament pour qu'ils puissent tourner librement. Insérer ensuite une tige laiton tenue par le porte outil pour vérifier que l'axe tourne sans frottement.
- Retirer le support d'impression pour bien dégager le trou sur la face du dessous pour la fixation de la tige qui suportera l'aimant qui va venir qu-dessus du capteur.
Préparer la tige
- Choisir une tige imprimée qui viendra s'insérer d'un côté sur le support du bouton et de l'autre sur laquelle viendra s'intégrer le bouton.
- Avec une lime carré plate, enlever les aspérités dûes à l'impression.
- Vérifier que le bouton s'intègre bien sur la tige
Préparer le bouton "pastille 4"
Avec une dremel, polir le bouton (nommé "pastille 4 dans les fichiers STL). Faire des pauses quand le plastique devient chaud afin qu'il ne fonde pas.
Limer excédent plastique sur "corps joystick"
- La modélisation du corps joystick a été actualisée depuis cette photo, ne vous étonnez pas si votre pièce n'a pas de cercle au centre, c'est normal !
Assemblage pièces extérieures sur corps joystick
- Positionner les pièces extérieures en miroir (toutes deux sont identiques) en vérifiant que les fentes pour la tige laiton qui sert d'axe soient alignées.
- Positionner les pièces extérieures sur le corps du joystick en vérifiant que les angles soient bien alignées
- Visser l'ensemble avec les 3 vis de 30mm de longueur
Repercer le support d'axe sur les pièces extérieures
- Repérer le trou du support de l'axe formé par l'essemblage des deux pièces extérieures
- Avec un foret de 0.8mm puis un foret de 0.9mm repercer le support d'axe de part et d'autre de l'ensemble.
Préparation des axes en laiton
- Couper environ 3cm de tige en laiton avec une pince coupante.
- Poser la tige sur une plaque acier ou un support bien rigide et faire rouler la tige sous la spatule afin de la remettre bien droite. Lorsqu'il n'y a plus de vibration ressentie, c'est que la tige est prête.
- Avec une dremel ,limer une extrémité pour la rendre pointue
Vidéo: applanir la tige et limer une extrémité pour faire une pointe
- Marquer avec un stylo indélébile l'endroit où faire l'angle droit. L'axe doit faire 8.7mm de long.
- Positionner la pince juste après l'endroit marqué du côté où on va faire l'angle pour laisser la plus grande longueur de l'axe bien droite. positionner l'axe de 8.70mm contre la plaque acier et la pince sur le rebord de la plaque acier posée à la verticale afin de plier la tige à angle droit.
- Couper avec la pince coupante la partie pliée à angle droit pour laisser une longueur de 4mm
Vidéo: Pliage de l'axe laiton à angle droit et découpe aux dimensions
- Avec une pince coupante recouper le reste inutile de l'axe afin que la longueur de la partie en angle droit fasse 4mm de longueur.
Vues en coupe de l'insertion des axes
Passage de l' axe en laiton sur m-joy modulable
- Passer les deux axes en laiton à angle droit dans m-joy modulable (partie centrale)
Test frottement de m-joy modulable avec axe sur la pièce intermédiaire m-joy2 (trous de 2.5mm) qui se trouve en dessous
Une fois les axes à angle droit insérés sur le m-joy modulable, vérifier qu'il n'y ait pas de frottement.
Mise en place de m-joy-2-2 sur m-joy-2 avec m-joy-modulable entre les deux
- Visser avec les deux vis les deux pièces intermédiaires avec la pièce centrale entre les deux
Insertion des axes en laiton sur les supports axes formés par l'assemblage des pièces extérieures
- Insérer les axes en laiton de part et d'autre de l'assemblage des pièces intermédiaires et poser l'ensemble sur la pièce extérieure (les deux sont identiques) en place sur le corps du joystick
- recouper les axes et les plier à angle droit afin qu'ils s'insèrent bien dans les fentes de chaque côté (11,3mm de longueur et 4 mm sur la partie à angle droit)
Test frottement de m-joy modulable assemblée sur pièces intermédiaires avec pièces extérieures sur corps joystick
- Faire bouger la pièce centrale dans toutes les directions et vérifier qu'il n'y a pas de frottement. Si il y a un peu trop de jeu entre l'assemblage des pièces intermédiaires et la pièce extérieure , ajouter une rondelle découpé dans du rhodoide de chaque côté.
Intégration de la pièce extérieure supérieure sur l'ensemble
- Visser les 3 vis de 30mm de longueur pour assembler sur la pièce extérieure sur l'ensemble. Attention à bien faire correspondre les angles pour l'assemblage.
Montage final avec les aimants
Afin de vérifier que les pièces soient correctement préparées, effectuer le montage sans les aimants. Il ne doit y avoir aucun frottement pour que le montage soit valide. Sinon limer les pièces qui provoquent les frottements.
Insertion de l'aimant sur m-joy modulable
- Insérer l'aimant dans le trou de le pièce centrale côté marqué en rouge ou noir vers le haut
- Ajouter une pointe de colle (mélange de ABS avec de l'acétone ou Néoprène) sur l'aimant pour l'empêcher de remonter
Intégrer les vis sans tête sur les pièces intermédiaires m-joy2 et m-joy2-2
- Avec une clé allen de 1.5, intégrer une vis sans tête sur chacune des deux pièces intermédiaires m-joy2 et m-joy2-2
Insertion des aimants sur les pièces intermédiaires m-joy2 et m-joy2-2
Vérifier la polarité des aimants grâce au marquage de ceux-ci au préalalble et faire correspondre cette polarité pour qu'elle soit en vis à vis avec celle de l'aimant glissé dans la pièce centrale. Ajuster en fonction sur les pièces intermédiaires
Insérer les aimants de l'autre côté des vis sans tête de manière à ce qu'une fois insérée au centre, la pièce centrale ait ses aimants avec les même poles en face à face avec les pièces intermédiaires.
Assemblage pièces intermédiaires avec pièces centrale
- On règle avec les vis sans tête la pièce centrale de manière à ce qu'elle soit bien calée au centre grâce aux aimants qui se repoussent en vis à vis avec les pièces intermédiaires dans laquelle elle est prise en sandwich.
Ajout des axes sur l'ensemble pièces intermédiaires/pièce centrale
- Avec une aiguille à coudre, traverser l'ensemble dans le trou de l'axe afin de maintenir en position les pièces afin d'introduire l'axe d'un côté. Puis retirer l'aiguille en maintenant l'ensemble avec les doigts pour introduire l'xe de l'autre côté.
- Vérifier qu'il n'y ait pas de frottement quand on bouge la partie centrale
- Ajouter une pointe de colle sur le trou où l'axe est à angle droit pour éviter qu'il ne ressorte et vienne frotter contre la pièce extérieure.
Vidéo de l'insertion des axes et réglage des vis
Ajustement vis sans tête pour positionner la pièce centrale
- Ajuster le réglage des vis pour que la pièce centrale se trouve bien à équidistance de chaque partie intermédiaire. La pièce centrale tient ainsi toute seule grâce au magnétisme des aimants qui se repoussent
- Si on vient serrer les vis au maximum on aura moins de débattement mais on aura davantage de force
Vissage des vis sans têtes sur pièces extérieures
- Visser la vis sans tête sur les deux pièces extérieures
Insertion aimants sur pièces extérieures m-joy1 et m-joy1-2
Ici la pièce marquée d'une croix noire sera positionnée en dessous de l'autre. Insérer les aimants sur les pièces extérieures dans les trous indiqués par un rond noir sur les photos. Les nords et sud de l'aimant doivent venir chacun face au même pôle des aimants positionnés sur les pièces intermédiaires de manière à ce qu'ils se repoussent les uns les autres.
Voir la vidéo de l'insertion des aimants dans les pièces extérieures ainsi que l'assemblage des pièces extérieures avec la partie centrale, le tout monté sur le corps du joystick
Positionner le sous ensemble formé par les pièces intermédiaires et la pièce centrale sur la pièce extérieure
- Poser l'ensemble pièces intermédiaires avec la pièce centrale , sur la pièce extérieure qui se positionne dessous (celle avec une croix)
- Poser ensuite la deuxième pièce extérieure sur l'ensemble
Poser l'assemblage sur le corps du joystick
- Visser l'assemblage sur le corps du joystick avec les vis de 30mm de longueur et en ajoutant les toints toriques entre le corps du joystick et le reste.
- Les joints toriques permettent de régler légèrement le centre (retour magnétique de l'aimant sur le capteur) sans avoir à toucher aux vis sans tête une fois qu'elles ont été ajustées.
Réglage avec les vis sans tête
- Vérifier de nouveau qu'il n'y ait pas de frottement en faisant bouger la pièce centrale dans tous les sens
- Ajuster le réglage des vis qui se trouvent sur le haut du joystick mais également à l'intérieur de manière à centrer et ajuster l'ensemble.
Insérer batonnet avec aimant
- Insérer un aimant dans le batonnet (sa longueur sera à ajuster pour que l'aimant vienne juste au-dessus du capteur). S'aider d'une pince ou tournevis pour insérer en force l'aimant.
- Insérer le batonnet à l'intérieur de la pièce centrale en retournant le joystick.
- Vérifier que le batonnet est bien centrée quand le joystick est à l'envers.
- Refaire le réglage avec les vis si le batonnet n'est pas centré. Pour cela il vaut mieux attendre que le capteur soit intégré en-dessous pour affiner le réglage.
Insérer le limiteur
- Insérer les pièces cercle 1 et 2 ou octogone 1 et 2 sur la pièce limiteur en fonction de la forme que l'on souhaite avoir pour limiter le débattement du joystick.
- A l'aide d'un tournevis qu'on emboite dans un des trous du limiteur, on le visse dans le filetage du corps du joystick
Insérer le support capteur avec le capteur intégré dessus
Le STL du support capteur n'est pas à jour pour le nouveau capteur MLX90393. Il faut le remodéliser pour que les trous correspondent à la carte du capteur . Il faut aussi être attentif au fait que le centre du capteur soit dans l'axe de la tige avec aimant. Attention le centre du capteur n'est pas au centre de la puce à effet de hall!
Visser le fond du joystick
- tarauder les trous du fond du joystick avec un taraud de 3mm de diamètre, en le positionnant sur le corps du joystick et fixer le fond sur le corps du joystick avec les vis de 3-16mm
Durée de fabrication du prototype final
1 à 2 jours