PSI/MP TD1 CI 4 Lycée Paul Valéry ROBOT ROBUGLASS

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1 PSI/MP TD CI 4 Lyée Paul Valéry ROBOT ROBUGLASS La soiété ROBOSOFT a déveloé un robot devant assurer de manière automatique l entretien de la yramide du Louvre sans néessiter l intervention (diffiile et érilleuse) des oérateurs diretement sur l édifie omme ela était le as auaravant. Grand édifie de verre et d aier (20 mètres de hauteur our 35 mètres de ôté), la yramide du Louvre est emblématique du musée à lus d un titre uisqu elle onstitue également son entrée riniale, son état doit don être irrérohable. Le robot dénommé ROBUGLASS déveloé ar la soiété ROBOSOFT s insire des mahines utilisées our le lavage des sols utilisant une brosse tournante et un disositif de ralage. La forte délivité des faes de la yramide, les surfaes glissantes sur lesquelles le robot doit évoluer, et la volonté de le rendre automatique our un nettoyage raide et otimal ont soulevé de nombreuses roblématiques que nous allons en artie aborder. Le robot ROBUGLASS se omose de 4 sous ensembles distints (voir Annexe, Figure ) : le orteur : qui onstitue le robot qui se délae sur la surfae vitrée, emortant l outil de nettoyage. L outil de nettoyage est onstitué d une brosse, d une buse qui l arrose de roduit nettoyant et d un disositif de ralage (ralette + essuie glae). le hariot ombilial : qui suorte les 2 omes à vide (assurant une redondane our des raisons de séurité) et auquel sont onnetées toutes les soures d énergie rovenant du véhiule atelier. le oste de ontrôle : qui ermet à l oérateur de ommander manuellement le orteur ou de vérifier le bon déroulement de l oération de nettoyage. le véhiule atelier : qui ermet le rangement du orteur, de l outillage et du hariot ombilial. Il ontient une uve ave sa ome our la réaration et le transfert du roduit de nettoyage. Il ermet de réaliser l entretien ourant et les etites réarations. Question. Prooser un diagramme SADT A-0 du ROBUGLASS. Le orteur est onstitué d un lateau suortant les différents omosants (voir Annexe 2, Figure 2 et Figure 3) : La motriité est assurée ar quatre groues roulsions (Annexe 2, Figure 2) omosés haun d une henille équiée d un motoréduteur életrique indéendant. Chaque moteur à ourant ontinu est alimenté en életriité ar un variateur, qui ermet d adater l énergie életrique. Un réduteur ermet de réduire la vitesse de rotation et d augmenter le oule aux roues motries. Les roues motries entraînent les henilles. Un odeur inrémental ermet la mesure de la osition angulaire de l arbre moteur. Chaque groue de motorisation est asservi en vitesse. Huit ventouses (Annexe 2, Figure 2) sont disosées sous le lateau afin d améliorer l adhérene du orteur à la surfae vitrée. La ression à l intérieur des ventouses est inférieure à la ression atmoshérique, réant ainsi un effet d asiration et don un effort laqueur sur la surfae vitrée. Une nourrie assure la liaison aux omes à vide du hariot ombilial et aux ventouses. Des ateurs de ression (non visibles sur les shémas) ontrôlent le vide dans haune des ventouses. Des ateurs hotoéletriques (Annexe 2, Figure 3) sont disosés à l avant du orteur. Lorsque le orteur arrive en haut de la yramide, les ateurs ne détetant lus la surfae vitrée n envoient lus de signal életrique, rovoquant ainsi l arrêt du robot.

2 PSI/MP TD CI 4 Lyée Paul Valéry Des ateurs indutifs (Annexe 2, Figure 3) disosés sur les ôtés gauhe et droit du robot ermettent la détetion des joints de vitre en aluminium. Ils ermettent de ontrôler la trajetoire en mode automatique. Le orteur est équié d un boîtier de ommande (Annexe 2, Figure 3) (omortant un alulateur) aable de gérer le système. Il traite toutes les informations reçues des différents ateurs et du boîtier HF et élabore les onsignes our les groues de motorisation et l outil de nettoyage. Un boîtier d émission réetion HF (Annexe 2, Figure 3) ermet la ommuniation ave le oste de ontrôle. L outil de nettoyage (Annexe 2, Figure 2) embarqué sur le robot est équié d une brosse rotative alimentée en fluide de nettoyage et de deux ralettes. La brosse est entrainée ar un motoréduteur. Une ourroie transmet la uissane du réduteur à la brosse. Un vérin életrique ermet de ositionner l outil de nettoyage dans les différentes hases et de ontrôler l effort normal entre l outil et la surfae vitrée en hase de nettoyage. Question 2. Comléter le diagramme FAST artiel du robot RobuGlass. Question 3. Comléter la haîne d énergie d un groue de roulsion en indiquant sur le doument réonse : le nom des omosants de la haîne d énergie ; la fontion de haun de es omosants ; les tyes d énergie (nom et grandeurs aratéristiques) entre haque omosant. Isolons le système orteur, un diagramme des inter-ateurs ermet de mettre en évidene les relations entre le orteur et les éléments du milieu extérieur : Outil de nettoyage FS Surfae vitrée FS2 Porteur FS4 Normes séurité Poste de ontrôle FS3 Chariot ombilial Question 4. Prooser un énoné des fontions FS2, FS3 et FS4. Un extrait de ahier des harges ermet de séifier la fontion FS : Fontion de servie Critère Niveau FS : Délaer et aliquer l outil de nettoyage sur la surfae vitrée. Vitesse linéaire de translation 0, m.s - (vitesse nominale) Inlinaison des surfaes vitrées Trajetoire en hase de desente et de montée Changement de trajetoire Contat outil de nettoyagesurfae vitrée Adhérene du orteur à la surfae vitrée 50 Retiligne, le long des joints de vitre Virage en début de montée our hanger de travée de vitre En desente uniquement. Effort normal :00 N à ±3% Imératif en ligne droite. Glissement autorisé en virage = 20% de la vitesse nominale.

3 PSI/MP TD CI 4 Lyée Paul Valéry Le système étudié doit ouvoir fontionner en mode automatique. Pour e faire, il doit maîtriser la trajetoire du orteur sans intervention de l oérateur. Il est néessaire de ontrôler la vitesse de rotation des henilles. Chaque groue de roulsion est don asservi en vitesse de rotation. On se roose d étudier et asservissement afin d en ontrôler la aaité à vérifier les ritères du ahier des harges. Le shéma blo de l asservissement de l axe moteur est rerésenté en Annexe 4, Figure 0. On néglige l effet des erturbations extérieures. Question 5. Exliquer e qui dans le shéma blo ermet d affirmer que le système étudié est bien un système asservi. Question 6. Déterminer la relation à imoser entre a et our garantir que le système soit bien asservi sur la vitesse de rotation de l axe moteur. Préiser lequel de es deux aramètres est ajustable. On modélise le omortement du moteur életrique ar les équations suivantes : Equations életriques et méaniques Caratéristiques u( t) e( t) = Ri( t) R : résistane de l induit e : onstante de fore ontre életromotrie e( t) = eωm( t) i : onstante de oule J : inertie de l axe moteur dωm( t) J = Cm( t) u(t) : tension d alimentation du moteur dt i(t) : ourant dans le moteur e(t) : tension ontre életromotrie C m( t ) = i i ( t ) Ω m (t) : taux de rotation de l arbre moteur C m (t) : oule disonible sur l arbre moteur Question 7. Exrimer les transformées de Lalae de es équations, sahant que les onditions initiales sont nulles. On notera A() la transformée de Lalae de la fontion temorelle a(t). Ωm( ) Question 8. En déduire la fontion de transfert du moteur életrique H m( ) =. La mettre sous sa forme U m( ) anonique en séifiant toutes les aratéristiques. m On rendra ar la suite our fontion de transfert du moteur : H m( ) = +τ Dans un remier tems, le disositif de orretion est un gain roortionnel : ( ) =. Ωm( ) Question 9. Exrimer la fontion de transfert en boule fermée F ( ) = ( ). Ω Question 0. Mettre F ( ) sous forme anonique et exrimer le gain statique noté et la onstante de tems notée τ en fontion de :,,,,, τ. m a v m Un système est réis en réonse à un éhelon si l éart en sortie du omarateur tend vers 0 en régime établi : limε(t) 0. = t Question. Pour une entrée de tye éhelon : Ω C () =, déterminer l exression de ε () et onlure sur la réision du système. On hoisit à résent un disositif de orretion sous la forme d un intégrateur : ( ) =. Ωm( ) Question 2. Déterminer la nouvelle exression de la fontion de transfert en boule fermée F2 ( ) = en Ω ( ) fontion de m,, a,, v, τ m. Vous identifierez le gain statique noté 2, la ulsation rore non amortie notée ω et le oeffiient d amortissement noté z en fontion de :,,,,, τ. 0 m m a v m

4 PSI/MP TD CI 4 Lyée Paul Valéry Question 3. En utilisant la même démarhe qu en, aratériser à nouveau la réision du système en réonse à un éhelon : Ω C () =. Question 4. Déterminer la valeur de en fontion des autres aramètres garantissant que la réonse se fera sans déassement de la onsigne tout en étant le lus raide. Question 5. Déterminer la valeur de en fontion des autres aramètres garantissant le système le lus raide ossible. Energie életrique et neumatique. Robot ROBUGLASS

5 PSI/MP TD CI 4 Lyée Paul Valéry Nettoyer la surfae vitrée de la yramide automatiquement Délaer le robot Variateur Convertir l énergie életrique Réduteur Réaliser le délaement Mesurer la osition Commander le robot Augmenter l effort laqueur Convertir l énergie Distribuer l énergie neumatique Augmenter l effort de ontat Contrôler le niveau de vide Cateurs de ression Boîtier HF Déteter les joints Déteter la fin de ourse Cateurs hotoéle. Réseau EDF 220 V 50 Hz Chaîne d énergie d un groue de roulsion