C02 TP3 Piloter les effecteurs pour imposer un mouvement

SC

IEN

CES

IND

UST

RIE

LLES

DE

L'IN

GEN

IEU

R

CPGE PCSI 1ère Année

C02 TP3_Piloter les effecteurs pour imposer un mouvement

C02

2019-2020 Lycée René Cassin

C02_TP3_Piloter les effecteurs pour imposer un mouvement CPGE PCSI 2019-2020

Lycée Renée Cassin Sciences Industrielles de l’ingénieur 1

Table des matières Ressources nécessaires 1

Objectifs 2 Résultats intermédiaires 2

À la fin d’une séance 3 Bras du robot Nao 4

Simulateur analytique : 7 Simulateur numérique : 7

Bras du MaxPID 8 Simulateur analytique : 9 Simulateur numérique : 9

L’hemomixer 10 Simulateur analytique : 11 Simulateur numérique : 11

Ressources nécessaires – le dossier multimédia du système à partir du site internet www.toulouse-didier.e-monsite.com , onglet Systèmes.

le tutoriel : débuter avec Matlab et son éditeur pour réaliser un tracé de courbes

le modèle Solidworks Meca3D du système étudié ;

– le système réel instrumenté et leur logiciel de pilotage ;

Robot Nao Astrolab MaxPID

Hemomixer

http://www.toulouse-didier.e-monsite.com/

http://www.toulouse-didier.e-monsite.com/



Objectifs

Déterminer et valider les lois de pilotage en mouvement d’un système. Analyser Modéliser Résoudre Expérimenter Concevoir Communiquer

Il est proposé : – de déterminer par simulations analytique et numérique des lois de pilotage en mouvement d’un système ;

– de valider le modèle expérimentalement ;

– d’évaluer et d’analyser les écarts entre les résultats attendues, mesurées et simulées.

Les résultats seront présentés sous la forme d’un exposé oral de 10 mn, avec support numérique, par le chef de projet.

Résultats intermédiaires À réaliser et obtenir en équipe après lecture du sujet et parcours du dossier multimédia (hors parties « Utilisation de logiciel de pilotage et d’acquisition » qui seront suivies uniquement par l’expérimentateur) associé à votre maquette : 1. identifier sur le système réel les éléments du modèle cinématique proposé : ensembles indéformables, liaisons et paramètres de position ;

2. identifier le mouvement imposé ;

3. définir les tracés et courbes recherchés, en particulier, les grandeurs en abscisse et ordonnée. À réaliser et à obtenir en parallèle : 4. réaliser les figures de changement de base puis déterminer analytiquement l’évolution des paramètres de position pour obtenir le mouvement imposé (lois de pilotage). Tracer les courbes analytiques ;

5. déterminer par simulation numérique (modèle Meca3D) les lois de pilotage et les tracer afin de valider les résultats analytiques ;

6. déterminer expérimentalement les lois de pilotage pour valider le modèle cinématique. Tracer les courbes expérimentales. En équipe : 7. Comparer et analyser les écarts entre les différents résultats obtenus.

Les différentes courbes pourront être tracées sur un même graphique pour comparaison.

Production attendue



Les résultats (finaux et intermédiaires) et les éléments nécessaires à leur compréhension et évaluation seront présentés par le chef de projet sous la forme d’un exposé de 10 min reprenant :

la problématique technique : mouvements désirés et/ou performances attendues ;

une description des éléments du système nécessaires à la compréhension des objectifs et des résultats ;

les protocoles expérimentaux et les modèles (avec conditions) utilisés pour obtenir les résultats numériques ;

les résultats (courbes, valeurs particulières…) simulés et expérimentaux ;

l’analyse argumentée des écarts entre les performances attendues, mesurées et simulées ;

la synthèse et la conclusion.

Organisation du travail Travail à réaliser en 3,5 heures (2,5h+1h) par groupe de 5 étudiants, sur 2 séances.

30 min : o lecture du dossier multimédia et prise en main du système et de la problématique,

o répartition des rôles et définition des objectifs de chacun ;

2h : étude technique en travail collaboratif avec les rôles o chef de projet,

o expérimentateur,

o simulateur analytique ;

o simulateur numérique.

60 min : préparation de l’exposé et finalisation des résultats.

Répartition des rôles Les rôles sont répartis après lecture du dossier multimédia et figés pour le reste de l’étude. – chef de projet : gère le projet, aide aux différentes tâches, s’assure de la cohérence des essais et simulations, de la bonne communication au sein de l’équipe, anime les débriefings, synthétise les débats, et élabore la trame pour la présentation. Un dossier Google Drive sera créé et partagé avec les collaborateurs ; – expérimentateur : propose un protocole expérimental et réalise les essais. Il indique à l’équipe les conditions dans lesquelles les expérimentations se sont déroulées ; – simulateurs : réalise les modélisations et simulations analytiques et/ou numériques, posent les hypothèses et indiquent à l’équipe celles qui risquent d’avoir une influence dans l’étude.

Préparation de l’exposé des résultats 15 min : en groupe et animé par le chef de projet, développer la trame du

diaporama déjà élaborée par le chef de projet, en détaillant et ordonnant les informations présentées par chaque slide. Enfin, répartir entre les participants les slides à préparer ;

45 min : élaborer le fichier Google Slides (ne pas hésiter à faire des copies d’écran) en respectant les décisions prises.

À la fin d’une séance Éteindre le système. Fermer les sessions et éteindre les ordinateurs en fin de journée. Merci de laisser votre espace de travail plus propre que vous ne l’avez trouvé, chaises rangées et tables nettoyées !



L’Astrolab Objectif : déterminer les lois de pilotage en mouvement du système de poursuite pour que l’objectif effectue une trajectoire rectiligne, de gauche à droite. La position initiale correspond à une position verticale de la lunette et donc à un

angle de 90°. Le centre de la lentille M suivra un arc de cercle centré en O et de rayon OM = 30 cm tel que le présente la figure.

β est l’angle de rotation de la lunette pour tracker une latitude donnée α est l’angle de rotation de la lunette pour tracker une longitude donnée

β(t)

X

C

M X

X

O

M X

α(t)

X

O

M

X

M X

C X

2

1



L’origine O du repère lié au socle de l’Astrolab. est orienté vers la gauche, à l’opposé de vous et est vertical ascendant Le point O est le centre de la liaison pivot entre le moteur vertical (2) de la lunette et le socle 0. Le point C est le centre de la liaison pivot d’axe c entre le moteur horizontal et la pièce (2). En position initiale, α = α0= 0° et β = β0 = 90°. En position Finale, α = α0= 30° et β = β0 = 60°.

Simulateur analytique : 1. Déterminer les coordonnées cartésiennes initiales notées X0 et Y0 du point que nous allons observer.

2. Déterminer le modèle géométrique direct, c’est-à-dire les équations permettant de

déterminer les coordonnées X et Y du point M dans le repère en fonction de

et .

3. Sans chercher à obtenir les équations donnant et en fonction de X et Y, tracer les courbes recherchées dans la trame pour l’exploitation des résultats.

Simulateur numérique : 1. Créer le modèle par construction automatique : dans Méca3D, clic droit sur Mécanisme / Construction automatique.

2. Le point M est le « point M » du sous-assemblage Bras du Max PID. 3. Réaliser une étude géométrique en contrôlant le degré de liberté de Rotation (noté Rx) de la liaison pivot.

4. Créer les courbes simples pour les angles et . Les renommer, les afficher et exporter les résultats dans un fichier d’extension .txt.

5. Tracer les courbes dans la trame pour l’exploitation des résultats. Expérimentateur : L’expérimentation sera réalisée en utilisant le programme d’expérimentation fourni.

1. À l’aide du dossier multimédia, prendre en main le logiciel arduino à l’aide du fichier TP_asservissement.

2. Faite exécuter le programme, le même mouvement du moteur en indéfini.

3. Tracer les courbes dans la trame pour l’expérimentation des résultats. Importer cette trame dans MATLAB et comparer avec les deux autres simulations.



Bras du robot Nao Objectif : déterminer les lois de pilotage en mouvement des articulations « épaule gauche » et « coude gauche » du robot Nao pour que le centre de la main effectue une trajectoire rectiligne horizontale, de droite à gauche sur une distance de 23 cm. La position initiale correspond à un bras orienté vers l’avant et un avant-bras plié de 60°. Équipe Trame pour l’exploitation des résultats. À télécharger et à déplacer dans le répertoire de travail de la séance.

Expérimentateur Programme Chorégraphe d’expérimentation et de pilotage du bras.

Simulateur numérique Modèle CAO Solidworks. A décompresser (7zip) dans le répertoire de travail de la séance.



L’origine O du repère lié au tronc du robot est placée entre les 2 articulations des épaules. . est orienté vers l’avant, vers la gauche et est vertical ascendant Le point A est le centre de l’épaule. Le point B est le centre du coude. Le point C est le centre de la main, point dont on souhaite contrôler la trajectoire. En position initiale, α = α0= 0° et β = β0=-60°

Les coordonnées cartésiennes X et Y sont définies par : .

Simulateur analytique : 1. Déterminer les coordonnées cartésiennes initiales notées X0 et Y0.


déterminer les coordonnées X et Y du point C dans le repère en fonction de

et .

3. Sans chercher à obtenir les équations donnant et en fonction de X et Y, tracer les courbes recherchées dans la trame pour l’exploitation des résultats. Pour cela :

après avoir posé , déterminer une relation entre et sous la forme :

avec A, B et C qui ne dépendent pas de

utiliser le résultat ci-dessous pour déterminer en fonction de

en déduire et Y ;

tracer les courbes recherchées dans la trame pour l’exploitation des résultats.

Résultat : si alors, pour le système étudié,

Simulateur numérique : 1. Créer le modèle par construction automatique : dans Méca3D, clic droit sur Mécanisme / Construction

automatique.

2. Le point C est le « point M » du sous-assemblage MHand. Ajouter une liaison linéaire annulaire entre la main et le tronc pour imposer le mouvement. Elle autorise 3 rotations et une translation. La définir par objet en sélectionnant le point M de MHand et (utiliser la touche Ctrl) une surface cylindrique du tronc dont l’axe est horizontal et orienté de droite à gauche.



3. Réaliser une étude géométrique en contrôlant le degré de liberté de translation (noté Tx) de la linéaire annulaire. Il faut aussi empêcher tous mouvements dans les liaisons pivots 1 et 5.


5. Tracer les courbes dans la trame pour l’exploitation des résultats. Expérimentateur : L’expérimentation sera réalisée en utilisant le programme d’expérimentation fourni. Il s’agit de Choregraphe.

4. À l’aide du dossier multimédia, prendre en main Choregraphe.

5. Faite exécuter à NAO, le même mouvement de la main


Bras du MaxPID Objectif : déterminer les lois de pilotage en mouvement du mécanisme du bras du MaxPID pour que la masse du MaxPID effectue une trajectoire circulaire, de gauche à droite sur un angle de 80°. De quelle valeur AB doit diminuer pour obtenir cet angle. La position initiale correspond à une position horizontale et donc à un angle de 0°.

Équipe

Expérimentateur Programme de pilotage du MaxPID et d’expérimentation.


1 X A

;



Trame pour l’exploitation des résultats. À télécharger et à déplacer dans le répertoire de travail de la séance.

L’origine O du repère lié au socle du MaxPID. est orienté vers la gauche, vers vous et est vertical ascendant Le point A est le centre de la liaison pivot entre le moteur de la vis 1 et le socle 0. Le point B est le centre de la liaison entre l’écrou 3 et le bras 2 . Le point C est le centre de la liaison glissière entre la vis 1 et l’écrou 3. En position initiale, α = α0= 0° et β = β0 à mesurer sur le système.

Simulateur analytique : 1. Déterminer les coordonnées cartésiennes initiales notées X0 et Y0 du point que nous allons observer.

2. Déterminer le modèle géométrique direct, c’est-à-dire les équations permettant de déterminer les coordonnées X et Y du point M dans le repère en fonction de

x(t), et .

3. Sans chercher à obtenir les équations donnant x(t), et en fonction de X et Y, tracer les courbes recherchées dans la trame pour l’exploitation des résultats.

Simulateur numérique : 1. Créer le modèle par construction automatique : dans Méca3D, clic droit sur Mécanisme / Construction automatique.

2. Le point M est le « point M » du sous-assemblage Bras du Max PID. 3. Réaliser une étude géométrique en contrôlant le degré de liberté de Rotation (noté Rx) de la liaison pivot.


5. Tracer les courbes dans la trame pour l’exploitation des résultats. Expérimentateur :

α =

2

3

β X

C X

B

X M



L’expérimentation sera réalisée en utilisant le programme d’expérimentation fourni. 7. À l’aide du dossier multimédia, prendre en main le logiciel.

8. Faite exécuter le programme, le même mouvement du bras pour un angle de 80°


L’hemomixer Objectif : déterminer les lois de pilotage en mouvement du système de clampage pour que le clamp effectue une trajectoire rectiligne, de haut en bas. La position initiale correspond à

une position verticale de la biellette de fixation 3 et donc à un angle 3 de 90°.



Équipe Trame pour l’exploitation des résultats. À télécharger et à déplacer dans le répertoire de travail de la séance.

Expérimentateur Programme de pilotage de l’Hemomixer et d’expérimentation.


L’origine O du repère lié au socle de l’hemomixer. est orienté vers la gauche, vers vous et est vertical ascendant Le point A est le centre de la liaison pivot entre le triangle de pivotement 1 et le socle 0. Le point C est le centre de la liaison entre pivot d’axe entre la biellette 3 et le triangle 1. Le point B est le centre de la liaison pivot entre le clamp 2 et la biellette 3. Le point D est le centre de la liaison pivot entre le triangle 1 et la bielle 4. Le point E est le centre de la liaison pivot entre le moteur et la bielle 4. La pièce 4 (ED) est en fait un ressort qui a donc la possibilitéde se déformer, nous ne l’étudierons pas. En position initiale, β3 = 90° à mesurer sur le système.

Simulateur analytique : 1. Déterminer les coordonnées cartésiennes initiales notées X0 et Y0 du point M0 que nous allons observer.


déterminer les coordonnées X et Y du point M dans le repère en fonction de

et .

3. Sans chercher à obtenir les équations donnant et en fonction de X et Y, tracer les courbes recherchées dans la trame pour l’exploitation des résultats.

Simulateur numérique :

1

X M

4

β4

3

α(t)

X

O

1

0

; ; OE = R

et AD = AC = a

a, b, c et d seront à déterminer par la mesure sur la maquette virtuelle

2

X A

X

C

X B

X D

X E



1. Créer le modèle par construction automatique : dans Méca3D, clic droit sur Mécanisme / Construction automatique.

2. Le point M est le « point M » du sous-assemblage du clamp de l’Hemomixer. 3. Réaliser une étude géométrique en contrôlant le degré de liberté de Rotation (noté Rx) de la liaison pivot du moteur.


5. Tracer les courbes dans la trame pour l’exploitation des résultats. Expérimentateur : L’expérimentation sera réalisée en utilisant le programme d’expérimentation fourni.

10. À l’aide du dossier multimédia, prendre en main le logiciel.

11. Faite exécuter le programme, le même mouvement du bras pour un angle de 80°


Documents

C02 TP3 Piloter les effecteurs pour imposer un mouvement