Travaux Pratiques ROBOT ERICC 3 Capacité statique de l axe d épaule

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1 PSI* 18/09/15 Lycée P.Corneille tp_ericc3_statique_epaule.doc Page : 1/10 Travaux Pratiques ROBOT ERICC 3 Capacité statique de l axe d épaule Temps alloué 2 heures Matériel et documents à disposition : trois annexes à la fin du texte masses marquées serre-joint pour fixer les masses Objectif: Déterminer la charge maximale que le robot est capable de soulever dans la pince, compte tenu des capacités du moteur de l'épaule, les pertes par frottement étant prises en compte. Mettre sous tension le coffret variateur (interrupteur sur sa face arrière). Tirez l arrêt d urgence et appuyez sur marche. Lancez le programme ERICC3. Axe d épaule = Moto-réducteur de l axe d épaule

2 Page : 2/10 DONNEES TECHNIQUES Position particulière du robot l étude statique proposée sera effectuée DANS LA POSITION PARTICULIERE : bras et avant-bras alignés (θ3 = -90 ) ; le mouvement du bras sera effectué près de la position horizontale (θ2 = 0 ) comme le montre la figure 1. On donne aussi les masses et les positions des centres de gravité utiles. - G2 : centre de gravité du bras de masse m2 = 15,5 Kg ; - G3 : centre de gravité de l'avantbras+pince de masse m3 = 3 Kg. Figure 1 : G 3 G 2 avant bras masse 3kg axe d'épaule masse 15,5kg bras chaise socle Chaîne cinématique : Le schéma figure 2 précise la constitution de la chaîne cinématique de l axe «épaule» : Figure 2 : Visualiser la video sur le site données utiles du dossier technique : - rapport de transmission du réducteur "Harmonic-Drive" : K1 = 1 / 100 ; - rapport de transmission du réducteur poulie-courroie : K2 = 12 / 40 ; - constante de couple du moteur : Km = 0,048 Nm/A ; et on rappelle que le couple moteur Cm est en relation avec l'intensité du moteur par la relation : Cm = Km. Im. - l'intensité maximale admissible du courant parcourant le moteur en régime permanent est Im maxi = 2,6 A.

3 Page : 3/10 TRAVAIL DEMANDE 1- Démarche de travail proposée L'étude sera conduite en deux étapes : Première étape : mesure des pertes par frottement dans la chaîne cinématique ; Dans la phase de mouvement particulière proposée, il s'agira de : - Calculer le couple "Cp" dû au poids (bras + avant-bras) exercé par la pesanteur sur l'axe de l'épaule ; - Déterminer le couple "Cmth" théorique du moteur qui correspond au couple Cp; - Déterminer le couple "Cmréel" réellement développé par le moteur, et obtenu grâce à la procédure de mesure de l'intensité du courant moteur proposée au paragraphe suivant ; - En déduire le couple de frottement dans la chaîne cinématique. Deuxième Etape : Calcul de la charge maximale qu'il est possible de soulever dans la pince, en tenant compte des caractéristiques de courant maximal admissible dans le moteur. 2- Procédure de mesure de l'intensité du courant moteur : Mise en position initiale : Voir l annexe 2 (après avoir lancé l'application Ericc3 par un double clic sur l'icône du bureau) effectuer la prise d'origine : Robot ; Déplacement manuel ; Prise d'origine ; Départ ; Ok dans le menu Système\Niveau se mettre en mode expert (mot de passe : ABB) placer le robot dans la position de départ : lacet θ1 = 0, épaule θ2 = 0, coude θ3 = -89, poignet θ4 = 0 ; valider par Appliquer et fermer la fenêtre. Mouvement programmé à réaliser Le programme à réaliser doit générer un déplacement de l ensemble (bras + avant-bras) de la façon suivante : 1 - déplacement lent (2 /s) du bras à partir de la position initiale à la position θ2 = 5 ; 2 pose d une seconde (commande Dwell 1000 (ms)) 2 - retour vers la position initiale θ2 = 0. Voir l annexe 3 sur les commandes de programmation. On donnera le n 100 au programme réalisé. Réalisation d un enregistrement pendant le déplacement : puis dans la fenêtre suivante, cliquer sur la 3ème icone programmé ; enregistrement d un déplacement ensuite, dans la boîte de dialogue qui apparaît, sélectionner l affichage des grandeurs : position mesurée de l'épaule ; courant moteur de l épaule ; entrer le n du programme à utiliser : 100 ; donner la durée de la mesure : ms ; fixer le nombre de points : 200 ; lancer l acquisition par Départ ; OK. - Fermer alors la fenêtre ayant permis de définir l'acquisition. En s'aidant de la feuille «Ericc3 - des icônes», sur la courbe obtenue : Vérifier l'affichage en ordonnée : de l intensité du courant sur l échelle de droite, de la position angulaire sur l'échelle de gauche ; Mettre en place une grille s'appuyant sur l'ordonnée de droite (courant) ; Numéroter les courbes et positionner la légende ; Effectuer un lissage de la courbe d intensité (pour cela, cliquer sur la courbe pour la mettre en gras ; cliquer sur le bouton droit et cocher filtre ) ; imprimer les courbes. (Nota : si la courbe vient à disparaître lors d un clic malencontreux, on peut la faire

4 Page : 4/10 réaparaître en appuyant sur la touche «Majuscule» et cliquant le bouton droit de la souris simultanément.) - Conclure le travail d'acquisition en justifiant la différence d intensité moteur lors des 2 mouvements. Noter la valeur de ces deux intensité I min et I max. 3- CALCULS ET CONCLUSION Première étape : Exprimer le couple moteur théorique Cmth en fonction de Cp et du rapport de transmission (voir annexe 1). Calculer à partir des intensités I min et I max, la valeur du couple moteur réel Cmréel ainsi que celle du couple de frottement Cf ramené au moteur. Comparer Cmréel et Cmth. Deuxième Etape : Calculer de la charge maximale que l'on peut placer dans la pince du robot (située à 0,75 m de l'épaule), en tenant compte des caractéristiques de courant maximal admissible dans le moteur, et en supposant que le couple de frottement reste à peu près constant même si la charge varie. Vérification expérimentale : utiliser une masse de 3 Kg placée en bout de bras avec un serre joint, mesurer le courant moteur dans les même conditions que précédemment et conclure. Annexe 1 Couple théorique en sortie d un réducteur Pour un réducteur de rapport de réduction r on sait que: ω s = r. ωe En traduisant l égalité des travaux en entrée et en sortie du réducteur on a le couple théorique de sortie qui est donné par : θ s. Cs = θe. Ce Ce qui donne en dérivant ω s. Cs = ωe. Ce d où la relation ωe Cs = Ce. = ωs Ce r Vitesse ωe Couple Ce Réducteur de rapport r Vitesse ωs Couple Cs

5 Page : 5/10 ANNEXE 2 : Menus principaux Nouveau programme Nouvelle mesure Nouvelle mesure pour mouvement harmonique Déplacements manuelle Réglage des paramètres du correcteur Enregistrement du déplacement à la position courante dans un fichier programme ouvert Deux commandes manuelles possibles en CARTESIEN et en ARTICULAIRE Nécessaire à la m en service

6 Page : 6/10 ANNEXE 3 : Programmation des déplacements d Ericc Acces au mode EXPERT (mot de passe : ABB) Ouverture d un nouveau programme Lancer l exécution du programme Commandes d ouverture du programme 99 Affectation d une variable Commandes de déplacemen à vitesse imposée Boucle Les variables d'usage général. L'opérateur dispose de 700 variables pour stocker des donnée numériques sous la forme de nombres à virgule flottante. Les variables disponibles sont appelées Pnnn où nnn est compris entre 0 et 699. La syntaxe de ces variables est la suivante : Dans un programme, pour affecter une valeur numérique à une variable, entrer par exemple : P123= Dans un programme, pour tester le contenu d'une variable, entrer par exemple :

7 Page : 7/10 IF(P123=2)...(condition exécutée si P123 contient 2) ENDIF Les instructions Le langage utilisé par la carte dispose d'instructions dont la syntaxe ressemble au BASIC. Les instructions de déplacement du robot. Les instructions de déplacement du robot sont dérivées des codes ISO. Ces instructions sont : G00 : déplacement à un point sans interpolation, G01 : déplacement à un point avec interpolation linéaire, G02 : déplacement circulaire dans le plan xoy dans le sens horaire, G03 : déplacement circulaire dans le plan xoy dans le sens trigonométrique. exemples : Déplacement au point de coordonnées cartésiennes X=400 mm, Y=0 mm, Z=200 mm et de coordonnées eulériennes Beta=90 degrés et Gamma=0 degré ; sans interpolation linéaire G00 b90g0x400y0z200 NOTE : Lors de l'exécution de ce déplacement, tous les axes du robot démarrent et s'arrêtent en même temps. avec interpolation linéaire G01 b90g0x400y0z200 NOTE : Lors de l'exécution de ce déplacement, la trajectoire de l outil du robot décrit un segment de droite. Déplacement au point de coordonnées cartésiennes X=200 mm, Y=200 mm, Z=50 mm, Beta=90 dégrés, Gamma=0 degré, puis déplacement suivant l'ellipse de rayon 50 mm suivant l'axe Ox et 50 mm suivant Oy (cercle de rayon 5à mm), dans le sens horaire : G02 b90c50d50g90x200y200z50 Déplacement au point de coordonnées cartésiennes X=200 mm, Y=200 mm, Z=50 mm, Beta=90 dégrés, Gamma=0 degré, puis déplacement suivant l'ellipse de rayon 50 mm suivant l'axe Ox et 80 mm suivant Oy, dans le sens trigonométrique : G03 b90c50d50g90x200y200z50 Remarque : le déplacement à un point peut être enregistré dans le programme à partir du menu de commande des déplacements manuel (voir page suivante).

8 Page : 8/10 Ce Ce bouton bouton permet permet d enregistrer dans dans un un programme ouvert ouvert le le déplacement au au point point courant. courant. La vitesse de déplacement La vitesse d'un déplacement est fixée par la commande F, par exemple : F50 Dans le cas d'un déplacement de type G00, cette vitesse est interprétée comme la racine carrée des carrés des vitesses angulaires des axes impliqués dans le déplacement. Elle peut donc être considérée comme une vitesse angulaire moyenne en degrés/s. Dans le cas d'un déplacement de type G01, cette vitesse est la vitesse de déplacement linéaire de l'outil en mm/s. Les instructions conditionnelles. Les instructions conditionnelles sont : Le test si...sinon...finsi :

9 Page : 9/10 IF...ELSE...ENDIF La boucle tant que...faire : WHILE...ENDWHILE Les conditions de test doivent être entrées entre parenthèses, par exemple : IF(P123=2)...(condition exécutée si P123 contient 2) ENDIF ou bien : IF(P123=2)...(condition exécutée si P123 contient 2) ELSE...(condition exécutée si P123 ne contient pas 2) ENDIF Les opérateurs Les quatre opérateurs algébriques classiques sont disponibles : +, -, * et /. Les règles classiques de priorité de ces opérateurs sont utilisées : la multiplication et la division sont exécutées avant l'addition et la soustraction. Les opérations de même priorité sont exécutées de la gauche vers la droite et les opérations entre parenthèses sont exécutées en premier. L'opérateur modulo : % renvoie le reste de la division du terme placé avant l'opérateur par le terme placé après l'opérateur. Les opérateurs logiques. Trois opérateurs logiques sont disponibles : & (ET bit à bit), (OU bit à bit) et ^ (OU exclusif bit à bit). Les fonctions. Nom SIN COS TAN Intitulé Sinus Cosinus Tangente

10 Page : 10/10 ASIN Arc sinus ACOS Arc cosinus ATAN Arc tangente (résultat entre -PI/2 et PI/2) ATAN2 Arc tangente (résultat entre -PI et PI) SQRT Racine carrée LN Logarithme (base e) EXP Exponentielle (ex) ABS Valeur absolue INT Partie entière NOTE : les arguments ou les résultats des fonctions trigonométriques sont exprimés en degrés exemple 1 : affectation à la variable P123 du sinus de l'angle 45 degrés : P123 = SIN(45) exemple 2 : affectation à la variable P123 du sinus de l'angle dont la valeur se trouve dans P421 : P123 = SIN(P421)

11 Page : 11/10 CORRIGE TP - ROBOT 5 AXES : ETUDE STATIQUE ET FROTTEMENT 3-2 mesure de l'intensité du courant moteur : On trouve que l'intensité du courant moteur est maximale dans la phase de montée du bras, lorsque le moteur doit s'opposer à la pesanteur et aux frottements : Imréel = 1,1 A. 3-3 Calculs et conclusion Première étape : Couple dû à la pesanteur sur l'axe du bras : Cp = 9,81 ( 3. (0,172+0,28) - 15,5. 0,064) = 3,57 N m Couple moteur théorique : Cmth = K1. K2. Cp = 0,01. 0,3. 3,57 = 0,011 N m. Couple moteur réel : Cmréel = Km. Im = 0,048. 1,1 = 0,053 N m. D'ou le couple de frottement mesuré au moteur : Cf = Cmréel - Cmth = 0,042 N m. Et le rendement de la transmission : r = Cmth / Cmréel = 0,2. Deuxième étape : Soit M la masse maximale qu'il est posssible de soulever dans la pince ; On aurait dans ce cas : Couple dû à la pesanteur sur l'axe du bras : Cp2 = 3,57 + 0,75. 9,81. M (en N m) Couple dû au poids mesuré au moteur, en tenant compte des frottements : Cm2réel = ( K1. K2. Cp2) + Cf = (1/ /40. (3,57 + 7,36. M)) + 0,042 = (0,003. (3,57 + 7,36 M)) + 0,042 (en Nm) Or il faut obtenir Cm2réel = Kt. Im = 0,048. 2,6 = 0,125 N m. En égalisant les deux expressions de Cm2réel, on déduit la valeur de M : M = 3,3 Kg.

12 Page : 12/10 Vérification expérimentale : en plaçant une masse de 3 Kg dans la pince, on mesure une intensité du courant moteur de 2,5 A ; ce qui valide les calculs réalisés. Nota : si l on calcule l expression du rendement r = Cmth / Cmréel, on obtient : Première étape (M = 0) : r = 0,2 ; deuxième étape (M = 3,3 Kg) : r = 0,66