Electrolab Il faut utiliser les choses comme elles doivent etre utilisees… ou pas !

   
15Avr/18Off

Motoriser une vielle a roue ?

Posted by Flax

A la base, j'avais un objectif en arrivant au Lab : fabriquer des circuits audio. Des projets pour moi (pédales d'effet, amplis ...) mais aussi des circuits pour des œuvres d'art numériques, dans le cadre d'un autre association dont je suis partie prenante : Trublion.

En particulier, nous travaillons beaucoup avec un luthier habitant près de Strasbourg : Léo Maurel.

Il réalise des instruments basés sur le principe de la vielle à roue. Sur certaines de ses nombreuses créations, il procède à la motorisation de la roue, ce qui permet d'obtenir des sonorités intéressantes, et surtout cela modifie la méthode de jeu, permettant par exemple de jouer à deux main, la rotation de la roue ne monopolisant pas une main grâce à cette motorisation. Pour le contrôle de la rotation du moteur, il utilise la plupart du temps un petit variateur fixe, qui permet de faire varier la vitesse de rotation du moteur avec un potentiomètre.

Léo souhaitait augmenter l'expressivité de l'instrument, d'une façon générale, mais surtout pour un exemplaire particulier. En effet, l'artiste Tarek Atoui a demandé à Léo de fabriquer une instrument qu'il intégrerait à une exposition dans le cadre de l'inauguration de la nouvelle Tate Modern, musée d'art contemporain à Londres. Heureuse coïncidence, cette commande est arrivée au moment où Émilien, fondateur de l'asso Trublion, décide de contacter Léo, suite à de nombreuses recommandations. Léo nous a donc demandé si nous pouvions concevoir un système permettant de faire varier la vitesse de rotation du moteur, pas de façon fixe avec un potentiomètre, mais de façon dynamique, en suivant un son. La projet BAB (Boîte A Bourdons) était né.

J'ai été chargé de mettre au point le circuit de commande de cette BAB. L'idée est donc de contrôler la vitesse de rotation du moteur en suivant l'enveloppe d'un son, de façon à ce que la roue réagisse à un son. De cette façon, l'instrument pourrait, par exemple, suivre l'amplitude de la voix d'un chanteur ou d'une chanteuse - si on y relie un micro, ou suivre un pattern répétitif avec précision - si on y relie une boîte à rythmes. Le système serait une extension de l'instrument, qui se connecterait sur la prise d'alimentation de l'instrument (le circuit variateur est alimenté en 24V avec une alimentation externe). Un interrupteur sur l'instrument permettrait de sélectionner soit le variateur fixe d'origine, soit le nouveau circuit suiveur d'enveloppe pour le contrôle du moteur.

Quelques détails techniques : La première approche était de faire une extension du variateur d'origine, qui était un simple générateur de PWM à ~20kHz avec un 555, et un MOSFET en low-side pour le découpage de la tension moteur. L'alimentation du 555 est réalisée avec un 7812, ce qui permet d'isoler la commande et la puissance. La topologie autour du 555 est le classique circuit d'application générateur de PWM à fréquence fixe / rapport cyclique variable, avec deux diodes et un potentiomètre. C'est un circuit qui marche bien, et qui est simple à mettre en œuvre, mais qui a plusieurs défauts:

  • La fréquence n'est pas parfaitement fixe, elle varie légèrement avec le rapport cyclique,
  • Le 555 dans cette topologie a tendance à consommer énormément de courant sur les positions extrêmes du potentiomètre. Ce n'est pas un problème en soi puisqu'on est alimentés avec une alimentation secteur, mais le composant se met à chauffer, ce qui n'est pas bon pour la fiabilité. J'ai déjà utilisé ce circuit, dans un autre contexte, et quand on tourne le potar à fond d'un côté ou de l'autre, le 555 chauffe, beaucoup, vraiment beaucoup. Et c'est pas bon.
  • Le contrôle se fait par un potentiomètre uniquement, vu que le principe de base exploite la charge / décharge asymétrique d'un condensateur en circuit RC pour générer la MLI. Ce qui fait qu'il est difficile de contrôler le circuit par un autre type de commande (idéalement : commande en tension).
  • La commande du moteur en low-side, bien que simple et pas chère (un canal N c'est cadeau) fait que le freinage dépend fortement de l'inertie mécanique de l'instrument, ce qui diminue le contrôle qu'on peut avoir sur la rotation du moteur.

Le hack de ce circuit me semblant trop complexe, nous avons préféré ne pas réutiliser ce circuit, et nous avons re-conçu un circuit complet.

Vu que l'on ne devait faire qu'un seul exemplaire, le coût n'était pas vraiment un problème. L'échéance arrivant rapidement - nous n'avions que 3 mois pour concevoir et réaliser le circuit - il nous a semblé préférable de partir sur un système à commande numérique pour faciliter la mise au point. Notre architecture utilise au final une carte Nucleo (carte d'évaluation de chez ST) pour la génération du PWM, avec un circuit analogique pour la pré-amplification et la détection d'enveloppe, et un pont en H intégré pour la partie puissance. Le détecteur d'enveloppe fournit un signal analogique au MCU de la Nucleo, qui va générer un PWM proportionnel à l'amplitude du signal. Quelques potentiomètres de contrôle ont été ajoutés:
Gain, attack, release sur la partie analogique,
Trois contrôles pour la partie numérique, que nous avons assigné aux limites hautes et basse, ainsi qu'au gain de la fonction de transfert (ce sont donc des paramètres pour le MCU de la carte Nucleo, qui va adapter sa conversion amplitude -> vitesse moteur en fonction des positions des potentiomètres).

Le synoptique simplifié donne ceci:

Synoptique du circuit suiveur d'enveloppe

J'ai fait le schéma et le routage sous Kicad.
La fabrication a eu lieu en grande partie au Château FMR, à Carrière-sous-Poissy, et l'instrument a pu partir à Londres en temps et en heures.

http://www.makery.info/2016/06/14/la-lutherie-hybride-de-leo-maurel-et-trublion-a-la-tate-modern/
https://www.tate.org.uk/art/artists/tarek-atoui-24520/tarek-atoui-sound-physical-phenomenon (on peut voir Léo jouer de l'instrument à 2:08)

Nous avions fabriqué un autre exemplaire, que Léo a emmené avec lui au festival Le Son Continu. Les photos prises à cette occasion nous ont servi à alimenter le site de Trublion:

Léo a eu des retours très positifs de joueurs de vielle qui avaient testé notre boîtier de commande à cette occasion. Léo a donc re-contacté Trublion pour savoir s'il était possible de développer une version simplifiée de ce boîtier suiveur d'enveloppe, de façon à ce qu'il puisse le vendre en extension de son instrument. Je me suis attelé à la conception de ce nouveau boîtier, la deuxième version du suiveur d'enveloppe (BAB V2).

Ici les contraintes sont différentes : plus de temps pour le développement, mais une contrainte de production en série (10 à 20 pièces par an) et de maintenabilité. Les cartes d'évaluation type Nucleo sont très pratiques pour faire des prototypes uniques et pour  mettre au point rapidement une fonctionnalité, mais sont des outils complexes, et elles subissent les stratégies commerciales des fondeurs, et peuvent être frappées d'indisponibilité sans préavis. De ce fait, pour cette deuxième version, il était préférable de concevoir un circuit 100% analogique (et puis ... Léo préférais de l'analogique).

J'ai repris le synoptique de la première version, et j'ai remplacé la carte Nucleo par un générateur de PWM analogique. Sans aller trop dans les détails techniques:

  • Pour générer le PWM j'utilise un oscillateur à base d'amplificateurs opérationnels, plus versatile et fiable qu'avec un 555,
  • Pour le découpage, je remplace le L6203 (ST, pont en H complet en boîtier traversant) par un BTN8980 (demi-pont en H, Infineon, AECQ, D²PAK, moins cher, plus petit),
  • Connecteurs et potentiomètres montés directement sur le circuit imprimé (protip : ne faites JAMAIS un produit avec des fils à souder entre les cartes et les connecteurs, à monter c'est l'ENFER),
  • J'ai voulu mettre tous les connecteurs et les contrôles sur le dessus du boîtier. Les connecteurs c'est de l'audio, en standard 24mm de haut, les potars sont plutôt à 10mm, donc j'ai une petite carte montée sur des connecteurs HE10 qui rajoutent 14mm pour que tout le monde soit à la même hauteur,
  • La plupart des contrôles de la première version avaient un effet quasi-inaudible, donc on s'est mis d'accord sur 3 contrôles, pas plus (gain, valeur min, valeur max),
  • Le tout rentre dans un boîtier Hammond 1590BB, c'est pas cher et c'est très standard (c'est le boîtier des pédales Electro Harmonix comme la Little Big Muff),

Vue global du routage de la carte BAB V2

Photo de la carte BAB V2 montée

Le circuit BAB V2 monté dans son boîtier

 

La mise au point sur  un circuit purement analogique est très pénible. Pour chaque test d'une  nouvelle valeur, il faut changer un composant sur le PCB, re-tester ... Heureusement,  j'avais effectué suffisamment de simulations en amont pour ne pas avoir à trop retoucher de valeurs ... mais pas suffisamment pour ne pas avoir  besoin de faire des corrections et donc de fabriquer un nouveau circuit  imprimé 🙁 Mais comme Léo avait quelques retours à l'utilisation (je lui avait envoyé un proto pour qu'il l'essaye sur un vrai instrument) j'en ai profité pour intégrer les modifications qui lui semblaient nécessaires, donc l'un dans l'autre il valait mieux que je fasse une nouvelle version du PCB. De toutes façons, des modifications de comportement étaient inévitables, vu que je n'ai pas d'instrument pour tester le rendu "en conditions", et que j'utilise une charge active pour simuler le moteur, ce qui permet d'éprouver le hardware, certes, mais ne permet pas de voir comment ça se comporte en vrai avec un vrai instrument mécanique derrière.

Pour l'instant nous en sommes là : j'ai un design de carte qui marche, il ne reste plus qu'à fabriquer 😀

Cette deuxième version du boîtier suiveur d'enveloppe a été entièrement faite au Lab. J'ai fabriqué le PCB avec notre chaîne de fab (typon, insolation, gravure, perçage à la perceuse inversée, la totale), j'ai monté les composants à la refusion (bon, ok, uniquement le BTN en D²PAK et son ami le MOSFET de protection d'inversion de polarité en DPAK, le reste j'ai soudé à la main, je préfère) et j'ai usiné les boîboîtes à la perceuse à colonne en zone méca :p C'était très pénible, pour la vraie prod' j'envisage plutôt y aller à la CNC. Et les PCBs je vais les faire fabriquer, pour quelques dizaines de pièces c'est préférable. Et pour le montage des composants, il va bien falloir que j'apprenne à me servir de la machine de pose de CMS qu'on a à côté du four à refusion \o/

Affaire à suivre, donc ...

Il est à noter que, en parallèle de ce projet (la BAB première version), nous avions emprunté à Léo 8 de ses Hurgy Toys (des mini-vielles à 3 cordes avec un petit moteur, dans des petites boîtes en bois, elles sont toutes mignones <3 <3 <3) pour réaliser deux instruments que nous voulions utiliser pour une performance à la Nuit Noire. Cet instrument a un nom : HURGYTRON !

L'idée : 4 Hurgy Toys pour moi, 4 pour Émilien, et chacun développe sa commande pour les 4 moteurs. J'ai conçu et fabriqué une carte de puissance pour pouvoir driver les moteurs. Les moteurs des Hurgy Toys étant beaucoup plus petits que celui de la BAB, j'ai fait un circuit très simple et compact, à base d'un demi pont en H en SO-8 de chez Rohm (les seuls que j'ai trouvé dans un boîtier pratique et qui découpent dans la puissance qui convient).

Émilien est parti sur une commande à base de carte Teensy, sur laquelle il a codé un séquenceur, chaque Hurgy Toy ayant un pattern dédié modifiable en temps-réel, de façon à créer des poly-rhytmies.

De mon côté, j'ai utilisé une carte ST Discovery avec un STM32F746 (grosse grosse bête) qui a le grand avantage d'avoir un codec audio déjà présent sur la carte, avec tout ce qu'il faut dans MBED pour le mettre en œuvre :p J'ai donc codé un petit programme d'analyse de spectre de mon cru (très très cru) qui découpe le son entrant en quatre bandes de fréquence, et fait tourner les Hurgy Toys proportionnellement à l'amplitude de chaque bande. Je branche ma guitare électrique 8 cordes en entrée ... Et ça fait n'importe quoi :p Et c'est éminemment drôle à utiliser, malgré l'absence totale de contrôle sur le comportement de l'engin 😀

10Jan/18Off

Open embroidery

Posted by Sebastien

Ou comment transformer une machine à coudre en brodeuse.

C’est un projet que nous avons démarré à deux fin décembre 2015 au sein de l’Électrolab.

Nous sommes un binôme issu de l’équipe Électrolab de la coupe de France de robotique. À l’époque nous cherchions un projet sympa et utile sur lequel travailler sur le long terme, qui nous permettrait d’apprendre de nouvelles techniques et que nous pourrions publier en open source.

L’Électrolab venait à cette époque d’accueillir les premiers outils de l’espace textile (machine à coudre et surjeteuse) puis, l’activité augmentant, la question s'est alors posée d’équiper l'association en brodeuse numérique.

Autant le dire directement : l'état du marché pour ce type d'équipement n'est guère engageant, et toutes les solutions disponibles ont deux points communs : les machines sont extrêmement coûteuses et tout y est absolument propriétaire, tant du côté du matériel que du logiciel. Par conséquent, même en faisant un très gros effort d'investissement afin de nous doter d'une machine, il aurait ensuite été très difficile de l'entretenir et tout simplement impossible de la faire évoluer.

En bons acteurs du "libre hardware" nous avons cherché des alternatives accessibles et ouvertes. En vain.

Assez rapidement, l'idée d'une approche originale a germé dans nos esprits : une part importante du coût d'un tel système réside dans la mécanique liée au mouvement de l'aiguille (moteur, entraînement, colonne de guidage de l'aiguille...), or, tout ceci est absolument commun avec une simple machine à coudre conventionnelle qu'il est facile de trouver à vil prix, par exemple pendant les vide-greniers.

Nous avons donc décidé d'envisager le problème sous l'angle non d'une machine à part entière, mais d'un "module additif" qui pourrait être ajouté à toute machine à coudre standard.

Bien que n’ayant jamais vu ou utilisé de brodeuse, nous nous sommes lancés dans l’aventure avec plusieurs objectifs :

  • Le système doit être ouvert, les plans disponibles sur internet pour que d’autres puissent s’en emparer, en comprendre le fonctionnement et l’adapter à leurs usages.
  • La fabrication doit être accessible à tout amateur ayant accès à un hackerspace ou fablab.
  • Le module de broderie doit être solidaire de la machine (pas un bloc posé a coté).
  • Il doit être rapidement et simplement démontable.
  • Aucune modification ne doit être effectuée sur la machine à coudre.
  • Son coût doit rester raisonnable pour un particulier ou une association.

Les premiers tests sur ce que nous appelons un « proof of concept » (POC) furent effectués le soir du nouvel an 2015, un prototype ayant été fabriqué dans la journée avec des pièces glanées dans le lab. Goulottes électriques, chutes de planches, cartes électroniques génériques, ce module, qualifié plus tard par un visiteur de « dirtyest hack ever », donna des résultats très encourageants.

Les années suivantes nous permirent d’améliorer ce prototype.

Il fallut pour cela comprendre le fonctionnement d’une machine à coudre, concevoir une mécanique fiable et simple à fabriquer, dessiner une carte électronique de contrôle, la programmer et développer un logiciel de pilotage par ordinateur.

Le développement d’un logiciel de dessin spécifique aux besoins de la broderie fut aussi une nécessité étant donné le manque de solutions libres dans ce domaine.

Le premier modèle faisait la part belle à l’impression 3D. Il était fiable et simple mais souffrait de plusieurs défauts :

  • La souplesse des éléments imprimés et le jeu entre certaines pièces limitaient la vitesse de broderie (au-delà, les vibrations faisaient perdre en qualité).
  • Certaines pièces en métal étaient compliquées à fabriquer.
  • La fabrication des pièces nécessitait environ 10h d’impression 3D.
  • Certains éléments étaient difficiles à sourcer (fournisseurs changeants), long à approvisionner et leur qualité trop variable.
  • L’électronique était construite autour d’une carte de test sur laquelle nous n’avions aucun contrôle.

Aujourd’hui nous développons une nouvelle version plus rigide, fiable, simple et rapide à fabriquer.

Le châssis étant maintenant basé sur une structure en plexiglas découpé au laser et guidé par des rails industriels légers, les premières broderies de cette machine sont bien meilleures et le résultat est tout à fait comparable à celui obtenu avec les machines du commerce.

Les plans de la mécanique sont publiés sur le site web du projet http://openembroidery.com, le logiciel est disponible sur le dépôt de code de l'Electrolab https://code.electrolab.fr mais la carte électronique et son logiciel étant encore en cours de développement (les plans de la dernière version ne sont pas encore accessibles).

Nous travaillons sur ce projet sur notre temps libre, comme un hobby et il avance au rythme de notre motivation et sans objectif commercial.

Si vous voulez contribuer ou fabriquer votre propre machine n’hésitez pas à nous contacter contact@openembroidery.com ou à venir directement au lab.

27Fév/13Off

Dom dom Dominoux a l’Open bidouille camp

Posted by Launchy

Après pas mal de temps dans les cartons, le projet Dominoux est reparti de plus belle.

Pour rappel les Dominoux sont des Dominos lumineux dont le principe est très simple :
Il s'agit de petits Dominos electroniques qui peuvent etre alignés les uns a la suite des autres, la lumière fournie par le précédent déclenchant la lumière du suivant. Cela donne alors une chaîne lumineuse.
C'est un projet qui met en avant la découverte de l'électronique a travers des actions simples. Cela permet de couvrir des notions simples de soudure et de placements de composants pour les novices.

Un début de page wiki est dore et déjà écrit, et hier soir les deux PCB ont été tirés pour la version 0.

DSC_0298

Aux dernières nouvelles, la soudure des CMS pose un problème. En effet, les pistes de cette première version, trop étroites, ont tendance à se décoller et l'impression n'a pas été faite à la bonne échelle. Du coup pas moyen de souder le 555.

Nous avons donc repris la board sous Kicad pour passer les pistes en 1mm. la version définitive contiendra également le coupleur de pile pour alimenter le montage en 9V.

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Ce premier prototype a permis d'animer un atelier soudure lors du second Open Bidouille Camp. Même si le prototype ne fonctionnais pas tout à fait comme prévu, ce fut l'occasion pour les visiteurs d'apprendre la soudure en toute convivialité.

DSC_0302

Les étapes suivantes :

  • fiabiliser le prototype pour pouvoir le transformer en kit
  • préparer le matériel pour les futur workshops soudure traversants et CMS.

 

22Fév/13Off

Ce que vous avez manque si vous n’etes pas venus jeudi soir

Posted by Launchy

Mode projet ce jeudi avec pour commencer CitronVert qui a tiré et assemblé un PCB pour le futur spectromètre Raman de l’Electrolab.

  • Crafty a bossé sur un montage de récupération d'énergie par effet Seebeck. Ça sent le Candle War à plein nez !
  • Nos collègues du NHC étaient en pleine séance de poésie avec le meulage d’un support de batterie pour fauteuil roulant. Du bruit du bruit du bruit … et des flamèches 🙂
  • Ça causait pince de bras articulé avec pour projet l’impression d’un modèle trouvé sur Thingiverse. la pince est un peu grosse (heu, beaucoup trop grosse en fait), il faudra donc un peu la modifier.
  • Raoul robotait, en bon roboteux, sur une carte de puissance pour le robot du lab. Quelques petits soucis de PCB apparemment, mais tout a l’air d’être rentré dans l’ordre.
  • Les autres roboteux … robotaient aussi je ne sais plus quelle histoire de robot.
  • Ellyan a investigué sur la centrifugeuse : démontage du bol et analyse de la sortie de la bobine de mesure de vitesse.
  • Launchy a travaillé sur un prototype de capteur d’humidité. Premiers schémas et bataille avec le DRC de Kicad. Will it works ? …
  • Michel a continué le remontage de la scie. Bon, comme pour la mobylette, il reste toujours une pièce en trop à la fin ...

Tout ceci dans une ambiance de bonne humeur, de travail et bien sûr de détente 🙂

2Fév/13Off

Ce que vous avez rate si vous n’etes pas venu jeudi soir(31/01/2013)

Posted by Pilou

Ce jeudi voici ce qu'il s'est bidouillé :

Jnat a travaillé sur la breakout board GPS faite au lab.  La board est soudée mais pas encore testée.

Destinova a continué à assembler les modules sur le châssis de son MSA.

jeudisoir20130131_destinova_01

Coline a bossé à la réhabilitation d'un pupitre de commande de jeu de lumière.

jeudisoir20130131_coline_01jeudisoir20130131_coline_02

Eric a bossé sur l'impression des étiquettes destinées à être collées sur le totem de composants.

jeudisoir20130131_eric_01

Michel a posé les belles étiquettes toutes neuves sur le totem de composants, puis a continué les travaux sur son système de dépose d'échantillon destiné à faire de la chromatographie.

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Audran a fait la soudure de la carte Mini-IR (capteur infrarouge à seuil) gravée mardi 22/01/2012 et  a terminé l'usinage à la CNC d'une pièce  commencée jeudi dernier pour la base roulante qui malgré une origine plusieurs fois perdue a produit une pièce exploitable.

Julien et Ellyan ont effectué le changement des charbons de la scie à onglet.

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Thomas a installé un réducteur sur un moteur PAP.

jeudisoir20130131_thomas_01

Pierre a tiré le PCB "carte de puissance" pour son robot pour la coupe (x2 car on ne sait jamais tout arrive à la coupe !)

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Yannick a causé simulation d'antennes à fentes, continué le câblage du MSA du lab et fait un peu de compta, aidé d'Ellyan (nouveau quadrimestre oblige)

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Et pendant ce temps là une équipe de journalistes de France3 est passée faire un reportage.

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24Jan/13Off

Robotique: Coupe2013 Update 4: RaspberryPi et Catapulte V2

Posted by Pilou

Pour ceux qui ne le savent pas l'Electrolab accueille plusieurs équipes participant à la Coupe de France de Robotique 2013 organisé par Planète Sciences. Plus d'info sur http://www.planete-sciences.org/robot/index.php?section=pages&pageid=115

Voici la 4ème mise à jour de l'équipe du lab (les précédentes sont sur la ML et la majorité des infos sur le wiki : http://wiki.electrolab.fr/Projets:Lab:2012:Couperobotique2013).

Previously:
Update 1 (19/10/2012): On a parlé du choix de la carte d'asservissement, des moteurs et des codeurs(On a choisi des versions All-In One faute de temps).
Update 2 (02/11/2012): On a parlé de l'utilisation de renvoie d'angle (que l'on n'utilise pas en fait)
Update 3 (23/11/2012): On a présenté le premier proto de la catapulte (qui était nul par rapport au nouveau)

Depuis le dernier recap voici ce qu'il a été fait:

Software

Changement de pature

Nous étions partis sur une plateforme arm mini2440, et nous avions eu pleins de problèmes (uart bizarre, plantage de la mémoire flash, connecteurs qui tiennent pas bien), du coup nous avons opté pour la RaspberryPi, et depuis tout va bien.
On communique très bien avec la Roboclaw(carte d'asservissement).

photo_plateformeproto_V1

Et j'ai mis un petit écran c'est tout joli! (Ca coute 3€ sur ebay (nokia 5110 lcd)).

Courbes et regimes(moteurs)

En ce moment on cogite et on travaille sur le réglage du PID, on a mis en place un système qui fait une réponse indicielle et calcule les coefficients PID automatiquement (Ziegler&Nichols).

Vitesse de la roue en impulsions par secondes par rapport au temps écoulé en µsecondes.
reponse_indicielle_test_V0

Il ne reste plus qu'à rendre la base en mode sans fils(batterie+wifi) car l'alim et le câble ethernet c'est pas très pratique pour les mouvements du robot.

Mecanique

Sébastien bosse à fond sur la pince qui approche de la version finale.
BoutdePince_01_cdr2013
Un bout de la pince, joli non ?

Le canon est fini, il reste un peu d'optimisation à faire pour tirer plus droit, et le monter sur le reste.
Démo du canon :

Pour ceux qui voudraient lire la vidéo dans un vrai format, c'est par ici
Et youtube ici

Electronique

Stéphane bosse sur une carte qui permet de:
-Doubler la tension des batteries
-Charger le condensateur à une tension donnée
-Décharger le condensateur dans la bobine