Recueil technique

Principe de fonctionnement

Le projet Waseda

Le but du projet B.R.A.Voice est de réaliser un système reproduisant la voix humaine avec un conduit buccal artificiel piloté et instrumenté. Ci-dessus, le projet de l'université de Waseda à Tokyo duquel nous nous sommes inspirés.

Nous avons décomposé le recueil technique en quatre parties représentant les 4 axes principaux de travail :

Le conduit buccal ;
Le haut-parleur ;
L'isolation phonique ;
L'interface Homme-Machine (IHM).

Le conduit buccal

Nous avons choisi, suivant les conseils du groupe de l'année précédente, de travailler avec un conduit buccal en silicone.

Première impression de prothèse

En l’attente des résultats des tests sur les cylindres (voir ci-dessous), nous avons moulé une première prothèse d’épaisseur 2cm. Cela nous a permis de valider le processus de moulage mais la prothèse était trop épaisse pour être manipulée par les actionneurs.

Nouveau banc de test : impression de deux cylindres témoins de 7cm de long, 4 cm de diamètre et d’épaisseurs 4 et 8mm.

Les tests mécaniques au dynamomètre ont montré qu’il suffisait une force de 10N (pour un actionneur avec une lame de 1,4cm de large) pour plier au maximum le tube (c’est-à-dire pour fermer le conduit). Cela a permis de nous assurer que nos actionneurs (force max de 30 N) suffiront largement pour actionner la prothèse.

Deuxième impression de prothèse

Avec les résultats du banc de test sur les deux cylindres, nous avons imprimé une deuxième prothèse d’épaisseur 6mm. Son épaisseur permet aux actionneurs de facilement la déformer.

Le conduit buccal final a donc pour dimensions : 17cm de longueur, 4mm de diamètre intérieur et 6mm d'épaisseur.

Le haut-parleur

L'isolation phonique

L'interface Homme-Machine

1）Partie mécanique

La réalité biologique: formation des sons par l'être humain

Afin de compresser le conduit vocal à intervalles réguliers (pour reproduire ce qui se passe dans un conduit vocal humain – une modification des sections du conduit), nous avons envisagé de faire comme ce que les chercheurs de l’université de Waseda, à savoir disposer des tiges pouvant effectuer un mouvement vertical, compressant le conduit quand elles sont actionnées.

Pour effectuer ce mouvement vertical, nous avions le choix entre plusieurs actionneurs, nos critères étant :

- Il faut un actionneur le plus silencieux possible pour ne pas interférer avec le son produit par le système mécatronique (son qui sera enregistré par des micros, d’où l’importance de ne pas interférer avec)

- Il faut que le déplacement puisse être d’au moins 4cm (diamètre du conduit)

- Il faut que le déplacement puisse se faire rapidement pour que les sons produits puissent s’enchaîner rapidement. Pour produire une voyelle par seconde, il faudrait donc une vitesse de déplacement qui puisse atteindre 4cm/s

- On veut 4 ou 5 actionneurs de ce type, il faut donc que le prix d’un tel actionneur soit raisonnable (<100 euros) pour nous permettre de rester dans le budget fixé par les encadrants

Un système bielle-manivelle entrainé par un servomoteur peut satisfaire ces critères si il est dimensionné correctement.

Si on s’intéresse à la force appliquée sur le conduit (F sur le schéma) en fonction du couple (C) du servomoteur, de son rayon (r) et de la longueur de la manivelle (l) et de l’angle entre la verticale et la bielle (thêta), on obtient la formule :

Pour le conduit de 6mm d'épaisseur, nous avons donc choisi les moteurs Dynamixel AX-12A : un actionneur très utilisé au signal de commande numérique et de couple 1,5 N.m. Ci-dessous, la fiche technique de ce modèle :

2）Partie électronique

Les objectifs:

Commander le Haut-Parleur et les actionneurs ;
Traiter les données des micros et permettre leur visualisation ;
Proposer une interface instinctive entre la carte et l'utilisateur.

Pour les micros, nous avons choisi le modèle DPA 4061 CORE BM spécialement conçu pour des performances optimales lorsque monté directement sur le corps humain. Ce modèle répond à de nombreuses contraintes comme celles liées à la taille du microphone (12,7mm) afin que celui-ci puisse rentrer à l'intérieur du conduit.