Crealyse

Cet article est la suite de Stop motion et mouvement de caméra 1 et présente la seconde tentative de reproduire un mouvement de caméra créé dans un logiciel de 3D à l'aide d'un système de motion control, et qui puisse satisfaire aux conditions de viabilité déterminées précédemment à savoir le côut, la précision, la portée et l'encombrement.

Détournement de scanner

Les moyens à disposition étant modestes dans un premier temps, le système doit se contenter d'un investissement minimum mais capable de se positionner avec une précision de l'ordre du dixième du millimétre : ces deux facteurs ont assez naturellement conduit à l'idée de détourner le chariot mobile d'un scanner. Ceux-ci sont en effet d'une grande précision et il est facile d'en récupérer quelques uns sans frais - j'en profite pour remercier les étudiants en infographie qui m'ont confiés leurs reliques. Après le désossement méthodique de quelques modèles, il est apparu que plus le scanner est ancien, plus sa mécanique semble robuste !

Après avoir isolé le moteur le plus puissant disponible (sur un Epson Perfection 1640SU) avec sa mécanique de démultiplication, la courroie de transmission, le chariot et les rails, l'ensemble a été ajusté et remonté sur une planche. L'ensemble pèse moins de 1kg pour des dimensions d'environ 10 x 55cm (dont 35cm de travelling utile).

Une fois cette étape réalisée, il reste à pouvoir controler le moteur de l'ex-scanner avec un ordinateur. Les références du fabriquant permettent d'isoler le type et les caractéristiques techniques du moteur : en l'occurence, un 4H4018S2005 de marque Teco elec, fonctionnant à 12v et 0,4A. Quelques précisions sur ces données (attention, les explications données ici sont très succintes, pour une explication plus sérieuse, on consultera l'excellent article de Douglas W. Jones, Université de l'Iowa)

- Le moteur pas à pas (stepping motor) : ce type de moteur doit son nom au fait que l'axe mobile (le rotor) ne tourne pas de façon continue mais par pas de valeur constante. Des bobines sont disposées autour du rotor et produisent temporairement un champ magnétique en recevant une impulsion électrique ce qui attire le rotor, lui aussi aimanté (mais de façon permanente). Pour obtenir un tour complet, les impulsions électriques sont envoyées successivement à toutes les bobines du moteur - l'ordre déterminant le sens de rotation.

Une impulsion est envoyée à la première bobine, qui s'aimante et attire le rotor (1). L'impulsion suivante est envoyée à la deuxième bobine, ce qui fait tourner le rotor de 90°. L'opération est répétée deux fois (3 et 4) pour faire finir le tour. En inversant l'ordre des impulsions, on inverse le sens du moteur.

- Les types de moteurs pas à pas : il en existe deux, les unipolaires et les bipolaires. La différence principale réside dans la façon dont l'électricité est distribuée dans les bobines, donc dans la façon dont le moteur est contrôlé (il y a d'autres différences, dont parle en détail l'article de Douglas W. Jones). Concrétement, pour déterminer le type d'un moteur, il faut se repérer au nombre de fils :

• 4 fils : moteur bipolaire
  
• 5 fils : moteur unipolaire
  
• 6 fils : moteur uni ou bipolaire
  
• 8 fils : moteur uni ou bipolaire

Le moteur récupéré comporte 6 fils et peut donc être soit unipolaire soit bipolaire - le choix se fera en fonction des possibilités de l'électronique de commande choisie.

- La précision des moteurs pas à pas : le rotor s'arrétant sur des positions précises, déterminées par celle des bobines, on bénéficie d'une grande précision, égale au nombre de bobines / 360°. Ainsi, pour un moteur de 24 bobines, le rotor tournera à chaque impulsion de 24/360 = 15°. Le modèle choisi est marqué 1,8° : c'est donc un 200 pas, relativement précis, ce qui n'est pas étonnant pour un moteur de scanner (les modèles courants font 24 à 400 pas). Il est par ailleurs possible de doubler la précision d'un moteur grâce aux demi-pas.

La séquence commence comme précédemment (1). Mais à l'étape suivante, l'impulsion n'est plus envoyée à la seule bobine voisine, mais simultanément à la première bobine et à sa voisine (2). Le rotor, pris entre deux champs magnétiques de même puissance s'arrête à mi-distance. Pour un tour complet, les impulsions sont envoyées aux bobines selon la séquence 1/1-2/2/2-3/3/3-4/4.

Dans le cas du montage présent, la précision est encore améliorée grâce au système de démultiplication qu'entraîne le rotor. Un engrenage à 15 dents en entraîne un de 60 dents, soit un facteur 4 : 4 fois plus précis, 4 fois plus puissant mais aussi 4 fois plus lent.

Dernière étape : se procurer une électronique de commande qui puisse controler le moteur et qui soit elle-même pilotable par un ordinateur. Il est bien sûr possible de la fabriquer soi-même pour peu qu'on ait le temps et les compétences nécessaires. Cette solution n'est pas retenue dans le cadre de ce projet car elle obligerait à réaliser un montage électronique complexe capable d'intégrer les contraintes et les nécessités qui se poseront dans le cadre des tests ultérieurs. Par soucis d'efficacité et de souplesse, le choix se portera donc sur une solution "clé en main" dont les critères seront les suivants : coût, nombre de moteurs commandables, puissance acceptée, ergonomie et documentation du logiciel, type de connexion au PC. Il n'est pas question ici de faire un tour d'horizon des produits disponibles dans les magasins et les sites de robotique, et nous nous bornerons à donner le résultat des recherches faites, eut égard aux caractéristiques techniques désirées : une carte de commande stepper bee + de la société PC-Control. Malgré un prix modeste, inférieur à 50£, elle bénéficie de performances excellentes : contrôle de deux moteurs pas à pas, 4 entrées/sorties analogiques, liaison USB, accepte jusqu'à 7A par phase et 24v, fournit avec un logiciel et les fichiers sources pour programmer le sien.

Un appareil photo - toujours un Olympus C3000 en attendant mieux - est vissé sur le chariot mobile, les éléments (carte de commande, moteur du scanner, appareil photo, pc et alimentation) sont connectés entre eux : l'installation est prête pour un test... qui s'arrête presque aussi vite qu'il a commencé, par un lamentable échec ! Le moteur, de trop faible puissance, ne parvient pas à entraîner correctement le poids du bloc chariot/appareil photo, patîne beaucoup et perd toute précision. Quant au chariot, il frotte trop sur les deux rails malgré l'ajout de graisse... Au point qu'il n'est pas possible de produire une vidéo du résultat. Dire que le bilan de ce test est TRES décevant est un euphémisme ! Rester sur un pareil échec étant hors de question, il faut tirer les lessons de cette tentative pour que la prochaine ait les meilleures chances d'aboutir :

• Couple du moteur : il est décif... Le couple doit être assez important pour faire avancer le poids de l'appareil photo et de son support. Il ne doit pas être confondu avec la puissance du moteur (pour rappel, la puissance dépend du couple et de la vitesse, or dans le cas de la stop motion, la vitesse n'a pas d'importance).
  
• Précision de l'assemblage : le montage réalisé pour ce test a permis de se rendre compte que tout jeu dans la mécanique doit être proscrit. Si le moteur patine, si la courroie d'entrainement n'est pas parfaitement tendue, s'il y a des interstices entre les engrenages, alors la précision nécessaire finale ne peut être atteinte - rappelons qu'elle doit être de 1/10^e de millimètre au minimum.
  
• Ergonomie de l'interface : Les positions de la caméras déterminées dans 3ds max sont données en millimètres alors que le controle du moteur se fait en entrant un nombre de pas. Il faut donc déterminer la distance que fait un pas et traduire toutes les valeurs données par le logiciel de 3D dans cette unité... Il serait bon que le logiciel de 3D puisse exporter  un fichier donnant directement le nombre de pas qui sépare chaque position.
  

La prochaine tentative devra donc être spécialement attentive à ces trois points en plus des contraintes évoquées dans le premier article - on y verra qu'une telle réalisation est possible pour un coût plus élevé mais encore très raisonnable et que, cette fois, les résultats sont à la hauteur des attentes. A suivre...