Recueil technique

Table des matières

Caractéristiques des composants

Codes

Trajectoire réelle du soleil

Calculs d'asservissement

Manuel de montage

Théorie de notre algorithme d'intelligence artificielle

Caractéristiques des composants

Électronique

Carte Arduino

rôle : faire une liaison entre le programme qui calcule la trajectoire du mobile et les moteurs.
type : carte Arduino Mega (contrôle tous les moteurs à la fois).

Carte Sabertooth

rôle : convertir les signaux transmis par la carte Arduino. Recevoir de la tension d'une alimentation et la transmettre aux cartes Kangaroo.
informations : les moteurs à courant continu utilisés sont pilotés grâce à la tension qui leur est délivrée. On utilise une carte Sabertooth pour deux moteurs.

Carte Kangaroo

rôle : recevoir des informations de la part des moteurs et les communiquer à la carte Sabertooth, puis se charger de la répartition de la tension entre les 2 moteurs.
informations : des capteurs à effet Hall permettent de donner des informations sur la position axiale du rotor.

Mécanique

Moteurs

type : huit motoréducteurs à courant continu alimentés en 24V.
fonctionnement : le bloc réducteur permet d’avoir une rotation suffisamment lente en sortie pour faire des déplacements quasi-statiques du mobile sans risquer de malfonctionnement du moteur.
couple maximal : 16kg.cm (largement suffisant pour la maquette, qui peut imposer un couple maximal de 2kg.cm dans le cas le plus défavorable).

Câbles

type : Câble métallique tressé rigide.
caractéristiques : diamètre et élasticité à définir.
Adaptabilité aux contraintes données par les moteurs et la modélisation.

Poulies

modèle : non référencé... Absence d'emballage ou de données d'achat dans les archives.

Algorithmique et logiciels

Python

Version : Python 3.8
Licence : GPL-3.0
GitHub :

SolidWorks

Version : SolidWorks 2016

Codes

Les codes que nous avons écrit pour mener ce projet à bien sont open-source, et sous licence GNU. Libre à vous de les étudier ou même d'y contribuer. Toutes les informations à ce sujet sont sur Github : pour le projet Câble-Robot, et pour le projet de machine learning.

Trajectoire réelle du soleil

Pour la maquette à l’échelle 1/5, nous avons codé les trajectoires pour pouvoir réaliser n’importe quel mouvement commandé par l’utilisateur. A l’échelle 1, c’est bien le mouvement du soleil qui nous intéresse. Il faut donc répondre à deux contraintes :

Tout d’abord, il faudra toujours que le soleil éclaire la fenêtre. Cela sera rendu possible en contraignant l’un des vecteurs d’orientation de la maquette dans le code.
Il faudra ensuite que le mobile décrive la trajectoire du soleil pour une latitude donnée et un jour de l’année. En s’inspirant des calculs trouvés sur le rapport de recherche The sun’s position in the sky de Alejandro Jekins, nous avons trouvé le temps d’ensoleillement d’un point de la terre en fonction du jour de l’année et de la latitude.

Ceci est une première étape du calcul. Une fois trouvé la hauteur du soleil maximale dans le ciel en fonction du jour et de la latitude, on pourra donc connaitre parfaitement la trajectoire.

Calculs d'asservissement

Le mouvement de la maquette est difficile à prévoir. Il faut comprendre comment les moteurs seront asservis et comment s’assurer que les câbles restent tendus sans pour autant avoir des tensions trop importantes qui provoqueront une rupture de la maquette ou des câbles.

Pour cela, nous avons émis un certain nombre d’hypothèses sur la manière dont réagiraient les moteurs en fonction d’un asservissement. Nous avions envisagé de piloter certains moteurs en couple et d’autres en déplacement (ce qui aurait imposé de pouvoir changer d’asservissement à chaque changement de mouvement). Nous nous sommes rendus compte que tous les MCC pouvaient être commandés en déplacement et qu’en rajoutant un correcteur proportionnel on pouvait maintenir une tension qui ne serait pas croissante dans les câbles (il ne faut pas mettre de correcteur intégral sinon les couples divergent). Pour vérifier cette hypothèse, nous avons simulé avec MATLAB la situation en 1D en introduisant une erreur pour vérifier nos hypothèses.

Suite à ce dimensionnement, on se rend compte que notre hypothèse fonctionne à condition que les correcteurs soient bien réglés, sans quoi les couples et longueurs divergent. Il faudra donc réussir à étendre ce modèle pour le cas 3D.

Couple du moteur

Il y bien une différence de 0.5Nm entre les deux couples (liée au couple extérieur) et un couple constant non nul pour les deux moteurs en régime permanent.

Longueur des câbles

Pour une consigne de 1.5m, avec les correcteurs choisis, on obtient une sortie de 1.38m en haut et en bas.

Manuel de montage

Cette section est destinée à faciliter le montage de la maquette pour un étudiant ou un client n'ayant pas participé à sa conception. Les instructions sont accompagnées de schémas pour leur bonne compréhension.

Inventaire

Structure

4 profilés 2420mm
6 profilés 100mm
6 profilés 150mm
8 raccords cube
8 raccords T
24 équerres

Motorisation

8 tambours
8 berceaux
16 CLS M5 - 20
16 rondelles
8 moteurs avec vis d’assemblage

Câblages

4 cartes Sabertooth
4 cartes Kangaroo
1 carte Arduino Mega
1 alimentation double
4 porte-cartes

Montage de la structure principale

Pour monter la structure principale, se munir des profilés et des raccords en cube et en T.

Monter le cadre inférieur de la structure, avec 2 profilés de 2,5m (1) et 3 de 1,25m (3), avec 4 raccords cubiques (2). Répéter cette opération pour obtenir deux cadres.
Glisser dans les rainures concernées (voir schéma) deux écrous plats. Pour le montage des vis en U, visser les écrous hexagonaux et plats sur les filetages avant de les glisser dans les rainures.
Sécuriser les raccords avec les vis associées.
Fixer les 6 profilés de 1m sur le cadre inférieur, puis compléter avec le cadre supérieur.
Consolider la structure avec les équerres : en placer 3 à chaque coin du parallélépipède, dans les angles droits formés par les 3 profilés assemblés par les raccords cube.

Montage des moteurs

Se munir des 8 berceaux imprimés en 3D.
Les disposer aux emplacements indiqués sur le schéma, l’ouverture pour le moteur orienté vers le centre du profilé. Laisser 5cm entre le coin et le berceau.

3. Fixer les berceaux avec une vis et une rondelle, avec l’écrou disposé dans le profilé.

4. Se munir des moteurs et des tambours imprimés : enfoncer les tambours sur les axes moteurs jusqu’à la butée.

5. Utiliser les vis fournies avec les moteurs pour les fixer sur les berceaux : insérer les vis dans les trous des berceaux prévus à cet effet, vers l’extérieur, et y visser le moteur en insérant le tambour dans le berceau. Bien faire attention à ce que le plan dont sort l’axe moteur soit bien plaqué contre le berceau : il n’est pas parfaitement circulaire et la forme de l’ouverture du berceau est complémentaire.

Montage des poulies

Positionner les vis en U préalablement montées sur le cadre à proximité du coin, à la verticale sous le tambour du groupe moteur associé.
Se munir des poulies, les monter sur les vis en U. Vérifier que toutes les mobilités de la liaison rotules sont atteintes. Ajuster la position des vis en U pour positionner le centre de la rotule verticalement sous le tambour.

Les câblages

1. Visser les porte-cartes au centre des profilés qui portent deux groupes moteurs. Assembler la carte Kangaroo sur la carte Sabertooth.

2. Brancher les rallonges de câbles sur la sortie encodeur des moteurs. Relier à la carte Kangaroo comme indiqué sur le schéma. Répéter l’opération pour les 8 moteurs.

3. Pour l’alimentation : brancher les moteurs sur la carte Sabertooth (voir schéma à droite) et respecter la configuration suivante, qui permet de n’utiliser qu’une seule alimentation.

Théorie de notre algorithme d'intelligence artificielle

Un certain nombre de vidéos ont été filmées pendant la conception du code source de l'algorithme d'intelligence artificielle. Même si elles ne sont plus forcément en phase avec l'implémentation, elles permettent sans doute de comprendre le principe de l'outil et certaines subtilités de son implémentation.

Toutes les vidéos de travail sont disponible publiquement sous la licence "Creative Commons" sur YouTube.

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