Création du groupe, découverte du projet et de l’avancement des 1S2.
Mercredi 25 mars :
Réalisation d’une ébauche de schéma electrique. (photo à venir) – avancement du montage du robot, placement de la carte Arduino sur le bloc supérieur, placement du boitier de controle des piles.
Lundi 13 avril :
Soudure des fils
Robot et fer à souder
Mercredi 15 avril :
Après la détérioration du matériel par les 1ere S2, Nicolas a du ressouder les fils et recommencer le travail effectué le 13 avril sur le robot. Camille s’est occupé du programme sur Ardublock. Il a réussi à faire fonctionner le robot mis à disposition par le professeur et lui a ajouté des capteurs infrarouge pour faire en sorte que le robot change de direction avant de rentrer en collision avec un autre objet. Victor a appris à souder.
Comment piloter précisément et efficacement les mouvements complexes d’un bras mécannique ?
Robot Kuka KR500-3 (position étendu)
Analyse du besoin
Ce type de robot est destiné par exemple au Futuroscope qui propose l’attraction « Danse avec les robots ». Dans cette attraction, 10 robots sont mis en scène pour une chorégraphie choisie. Chaque robot a la capacité d’accueillir à bord 2 passagers. Nous avons étudié les différents aspects du robot permettant à la machine d’être piloter précisément et efficacement. Dans le cadre de cette étude, nous avons eu l’aide du parc du Futuroscope, nous permettant ainsi de visiter l’attraction “danse avec les robots”, équipé de robot Kuka KR500-3.
Analyse du système
Mouvements possibles des différents axes du système
Description des différents axes (emplacement, type de mouvement)
Axes
Emplacement
Type de mouvement
Axe 1
Embase/Bâti de rotation
Rotation pivot axe Z (+/-80°)
Axe 2
Bâti de rotation/Epaule
rotation pivot axe Z(+20° à -130°)
Axe 3
Épaule/Poignet en ligne
rotation pivot axe Z (+144° à -100°)
Axe 4
Poignet en ligne/Poignet en ligne
Rotation pivot axe Z (+/-350°)
Axe 5
Poignet en ligne/Poignet en ligne
rotation pivot axe Z (+/-120°)
Axe 6
Poignet en ligne/Poignet en ligne
Rotation pivot axe Z (+/-350°)
Description générale du robot avec les principaux composants
1. Robot 2.Câbles de liaison 3.Commande de robot 4.Boîtier de programmation portatif smart Pad
Caractéristiques du robot Kuka KR 500-3 :
Poids : 2 375 kg
Volume de travail : 68m3
Nombre d’axes : 6
Diagramme FAST du robot
Description des différents composants permettant la précision du Robot
Pour être piloté précisément l’équipe d’ingénieur ayant conçu le robot a dû faire face à des contraintes techniques qui sont les suivantes :
La gravité
L’inertie
La masse
Les contraintes mécaniques
Et la position exacte de chaque axe
Le robot est équipé de moteurs triphasés (Fig.1 et 2)permettant ainsi un couple et une puissance plus élevé. Par conséquent une puissance plus élevé permet des accélérations plus rapides (contrairement à un moteur à courant continu ne pouvant accepter une telle puissance).
Moteurs triphasées de l’axe 2 et 3 (Fig.1)
Moteur triphasé de l’axe 2 (Fig.2)
Mais cette force exerce une contrainte mécanique plus importante notamment sur la liaison entre le bâti de rotation et l’épaule (Fig.3).
axe 2 (Bâti de rotation/Epaule) (Fig.3)
Pour pallier cette force, parfois violente, un compresseur hydraulique(Fig.4), fixé sur le bâti de rotation permet d’absorber celui-ci.
Compresseur Hydralique de l’axe 2 (Bâti de rotation/Epaule) (Fig.4)
Par la suite cette force étant emmagasinée dans le compresseur, elle va être libérée et ainsi générer une force supplémentaire pour un mouvement dans le sens inverse. D’autre part la puissance des moteurs et du compresseur ont permis de lutter contre certains phénomènes physiques comme par exemple la masse du robot, la gravité, et l’inertie du robot.
Mais toute cette puissance ne permet pas à elle seule d’avoir une précision des mouvements du robot. Un autre point essentiel est le contrôle du robot. Chaque moteur est donc équipé d’un capteur de position angulaire permettant au Boîtier de Programmation Portatif(Fig.5) de savoir précisément la position exacte de chaque axe, si oui ou non le robot est à la bonne position.
SmartPAD (Boitier de programmation portatif) (Fig.5)
Dans le cas contraire la position sera rectifiée immédiatement.
Conclusion :
Le robot est donc piloté précisément grâce aux capteurs de position angulaire de chacun des 6 axes, permettant ainsi au boitier de programmation portatif de connaitre la position de chaque axe à tout moment. Les mouvements du robots sont, quand à eux effectuer avec précision par les 6 moteurs triphasées.
-La thermographie aérienne sert également à réaliser des détections de cavités souterraines, des détections de fuites hydrauliques souterraines importantes, des contrôles de centres d’enfouissement recherche de pollutions sur terre et en mer.
Analyse du système
FS1 : Permettre à un opérateur d’effectuer des relevés de thermographie infrarouge sur une station de ski.
FT2 : Transporter, orienter et piloter une caméra thermique infrarouge.
Ballon captif blanc, nacelle noire sous le ballon contenant une caméra à thermographie, relié à un treuil par un câble
Une solution technique qui a été retenu par le constructeur est l’utilisation du ballon « Gélule 2 » car il permet de transporter une masse totale de 3,7 kg ; cette masse équivaut à la somme des masses de la caméra, des systèmes de fixation qui fait 1,7 kg, il faut y ajouter celle du câble et de la nacelle, qui fait 3,7 kg.
Dimensions, caractéristiques et performances ( en plaine) des différents ballons captifs
(Source : Bac 2013 – Sciences de l’ingénieur )
Afin de réduire son impact environnemental, le système choisi est un ballon sphère car, contrairement au ballon dirigeable, il est peu coûteux et facilement transportable.
Le treuil reste immobile sur le sol, le ballon se dirige selon une trajectoire strictement verticale la caméra suit la direction du ballon et elle sera dirigé a distance,
La tension moyenne est de 12V pour le moteur. La vitesse angulaire à la sortie du moteur est réduit par un réducteur à engrenage et une transmission par poulies crantées. Pendant une montée, une simulation a permis de déterminer 900 joules d’énergie consommée. Le rendement du variateur de vitesse est à peu près égal à 100%. La consommation d’énergie en termes de vitesse est donc négligeable.
Les différent matériaux utilisés sont le carbone, l’aluminium, l’acier inoxydable, fibre de verre.
Evolution possible du ballon captif
Les évolutions possibles pouvant être apportées, sous forme fonctionnelle du système, seraient d’ajouter un moteur sur le ballon qui permettrait de le diriger à distance à l’aide d’une télécommande sans fil, d’augmenter l’autonomie de la caméra.
Comparaison du Ballon captif, à différents moyens de transport
Type
alimen-tation
Coût
Consommation
Niveau sonore
Hauteur de prise de vue
Émission de CO²
Type de mesures
Hélicoptère léger (2/3 places)
pétrole
250 € / h
chère
30 à 40 litre / h
( polluant )
70 dB à 500 m
(bruyant)
Mini 400 m
(grande hauteur)
Oui
Toitures sur grande zone
Hélicoptère mono-turbine (5/6 places)
pétrole
500 € / h
(chère)
100 à 140 litre / h
( polluant )
70 dB à 500 m
(bruyant)
Mini 400 m
(grande hauteur)
Oui
Toitures sur grande zone
Avion de tourisme
pétrole
110 € / h
(chère)
27 litre / h
( polluant )
70 dB à 500 m
(bruyant)
Mini 400 m
(grande hauteur)
Oui
Toitures sur grande zone
U.L.M
pétrole
110 € / h
(chère)
27 litre / h
( polluant )
35 dB
à 500 m
(bruyant)
Mini 400 m
(grande hauteur)
Oui
Toitures sur grande zone
Ballon Captif
/
30 € / h
(peu
chère)
0 litre / h
( non polluant )
0 dB à 0M
(pas bruyant)
Max 150m
(petite hauteur)
Non
Toiture, façades et sites difficiles d’accès
Vue d’un ballon captif pour thermographie aérienne
Contrainte liée au Ballon captif
le ballon captif doit pouvoir résister a des températures très froide, à résister aux vents puissants, il ne doit pas s’envoler et doit être maîtrisé au sol et que le système de retenue soit résistant est maniable.
Diagramme pieuvre d’un ballon captif à thermographie aérienne
Stationdeski : FS1 : permettre à un opérateur d’effectuer des relevés de thermographie infrarouge sur une station de ski.
Condition météo: FS2 : être utilisable sous certaines conditions météorologiques.
Terrain : FS3 : s’adapter au terrain d’évolution.
Atmosphère : FS4 : être utilisable quelle que soit l’altitude du terrain.
Esthétique : FS5 : être esthétique (aspect des matériaux, formes, couleurs, etc.).
environnement : FS6 : respecter les normes environnementales.
Satellites : FS7 : connaître les coordonnées G.P.S de la prise de vue
Analyse des critères permettant le fonctionnement de la nacelle gyrostabilisée
Problématique:
Comment concevoir un outil d’observation aérienne ?
Comment décrire le besoin, les contraintes, le fonctionnement, … pour un objet technique existant ?
Comment le besoin et les contraintes sont prises en compte dans la conception des solutions techniques ?
Le drone ou multicoptère à beaucoup d’avantages qui vont lui permettre de prendre de l’avance sur ses concurents par les prises de vues aériennes . Il a cependant quelques inconvénients comme tout appareil .
Un drone multicoptère avec caméra embarquée. Source : dronewithme.com
De part sa petite taille , le multicoptère est très maniable et très rapide pour la mise en oeuvre contrairement à d’autres appareils comme l’avion , l’hélicoptère ou même le paramoteur . De plus , cette qualité , aussi l’un de ses plus grands avantages , lui permet de voler en zone urbaine ou en intérieur en réduisant au maximum les risques.Tous ces avantages font que son coût horaire est très faible et qu’il est très respectueux de l’environnement de même que le ballon captif qui est aussi assez prisé pour les prises de vues aériennes.
Des limites et obligations
Malgré toutes ces qualités, ce petit appareil a également des défauts. Il volera moins haut et moins rapidement que les les appareils imposants. Son rayon d’action est lui aussi limité par rapport aux appareils de plus grande envergure même si celui-ci reste largement supérieur à celui du ballon. Enfin, son plus grand défaut reste l’autonomie, malgré tout compensé pas ses autres avantages.
AR Drone de Parrot acheté par le LP2I – Photo LP2I
Drone de prise vue aérienne
Autre type de véhicule
Maniabilité précise (marge d’erreur de 30cm)
Maniabilité difficile
Vol stationnaire possible
Vol stationnaire seulement pour un hélicoptère
Très faible d’autonomie
Très grande autonomie
Besoin du permis Drone
Besoin du permis avion ou hélicoptère
Sensibilité au vent élevée (supérieur a 40km/h)
Sensible seulement au vent fort
Ne peut voler que en zone autorisée
Peut voler partout (>150m)
Prix bas pour un professionnel
Prix vraiment très élevé
Le drone doit être résistant ; il doit embarquer une nacelle gyrostabilisée pour palier aux mouvements non désirés créés par le vent. La fonction principale de la nacelle est de pouvoir orienter et stabiliser l’appareil. Elle doit s’adapter en taille comme en poids à la nacelle. Elle doit aussi pouvoir supporter le poids et la taille de l’appareil photo. Enfin, elle doit être alimentée en énergie, ne pas nuire à l’environnement et être facilement pilotable par l’utilisateur.Pour répondre a cette fonction technique, une télécommande a été réalisée, qui permet de commander le multicoptère. Elle fonctionne à l’infrarouge, et la portée de la télécommande essaye d’être poussée au maximum. Les ingénieurs ont utilisé un moteur éléctrique pour répondre aux problèmes d’environnement et de volume sonore.
Après avoir étudier l’analyse fonctionnelle d’un système nous nous sommes intéressés au différents flux ( physique, d’informations et d’énergie ) qui les composaient.
Dans notre groupe nous avions choisi d’étudier les systèmes suivant :
– Le robot tondeur RL500 (présenté ici)
– Le Sécateur INFACO ( article précédent )
Nous allons donc faire la synthèse de l’étude du robot tondeur à partir du schéma complété en cours (cliquer pour agrandir):
Source : Image LP2i
Légende du schéma :
Source : Image LP2i
Sur ce schéma est présenté les différents flux et chaînes du système avec la fonction principale du robot tondeur ( en rouge ).
L’innovation présenté ici est un flux d’énergie ajouté ( flux en jaune pointillé ) par le biais de panneaux solaires rechargeants la batterie du robot fixés sur le dessus de celui-ci comme le suggère l’image suivante (panneaux solaires en bleu).
Voici une partie du travail réalisé sur le système Xbox 360. Cette partie de l’analyse présente le diagramme pieuvre de ce système ainsi que ses fonctions. Cet article est la suite d’un autre article réalisé par Guillaume que vous pouvez voir ici.
Ce diagramme défini les fonctions principales et de contraintes d’un produit (ici la Xbox 360). Il est sous forme de schéma et indique les différents intervenants (ici en bleu) avec le produit (ici en vert).
Schéma réalisé pour le LP2I
Fonctions Principales :
– FS1 : Afficher en temps réel les actions de l’utilisateur.
La console doit être capable d’afficher des images en Haute Définition avec un taux de rafraichissement élevé grâce au processeur graphique du système.
– FS6 : Pouvoir échanger des informations avec le jeux vidéo.
Pouvoir échanger des informations entre l’utilisateur et le jeu par le biais de la manette et du processeur.
Fonctions de contraintes :
– FS2 : Être connectable à la télévision.
Avoir une interface péritel ou HDMI selon le matériel de l’utilisateur.
– FS3 : S’adapter à la source d’énergie.
Pouvoir s’adapter au différentes sources d’énergie proposée par l’utilisateur.
– FS4 : Ne pas encombrer le milieu extérieur.
– FS5 : Être esthétique.
Pouvoir plaire à l’utilisateur.
