Spécification Technique du Besoin (STB)

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1 Spécification Technique du Besoin (STB) 1

2 Table des matières Présentation générale de l organisme... 3 a. Présentation générale de l organisme... 3 b. Missions et objectifs stratégiques de l organisme... 3 c. Organisation générale de l organisme... 3 Présentation générale du système attendu... 3 a. Introduction... 3 b. Conception générale... 3 i. La structure mécanique... 3 ii. Les capteurs... 3 c. 3. Contraintes générales s appliquant au système... 4 Présentation de notre réalisation... 5 a. Veille technologique... 5 b. Détermination de la structure mécanique :... 5 i. Définition du mécanisme de préhension :... 5 ii. Notice de calcul force de serrage... 6 c. Principe de mesure force de serrage... 8 d. Simulation sous Meca3D :... 9 i. Détermination Couple moteur minimum :... 9 ii. Détermination du temps de fermeture e. Validation de nos besoins i. Tableau récapitulatif : Calcul de coût conclusion

3 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L ORGANISME a. Présentation générale de l organisme L organisme pour lequel le système doit-être conçu est l'ensibs et plus particulièrement pour M. Stéphane BOCHARD, nommé par la suite le client. Il représente les différents corps enseignants. b. Missions et objectifs stratégiques de l organisme La mission principale de l'organisme est la formation de niveaux ingénieurs. Ses activités annexes sont des missions d'expertises, de sous-traitance pour le monde industriel. c. Organisation générale de l organisme L'organisme se décompose en 3 spécialités d'enseignements : mécatronique, génie informatique et génie industriel. 2. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DU SYSTÈME ATTENDU a. Introduction Le système «Préhenseur tactile» est conçu dans une approche mécatronique. La conception du préhenseur doit considérer simultanément : les conditions mécaniques de saisie d un objet, les besoins en capteurs pour le contrôle et l adaptation de la prise et la programmation des fonctions de prise. C est en cherchant une intégration cohérente de ces différentes composantes que nous avons développé le système de préhension tactile décrit dans ce dossier de conception. b. Conception générale Le système de préhension tactile se décompose en deux parties : I.LA STRUCTURE MÉCANIQUE Elle regroupe d une part le système des pinces pour assurer la prise d objets et d autre part le mécanisme de préhension qui anime les pinces afin de transmettre l effort de serrage. II.LES CAPTEURS Ils permettent aux pinces d avoir le sens du toucher tout en permettant d avoir une mesure de la force de serrage afin de ne pas détériorer l objet que l on veut attraper. c. De manière générale, nous avons cherché, dans la construction technologique, la meilleure intégration possible de la structure mécanique, ainsi que celle des capteurs. 3

4 d. Contraintes générales s appliquant au système Pour le système de préhension tactile, les contraintes touchent d une manière générale : Aux propriétés intrinsèques des objets à manipuler. Aux opérations que subissent les objets. A l environnement des objets. Les contraintes peuvent s exprimer de cette façon : Contraintes liées aux objets : - Dimensions et géométrie. - Inertie et masse. - Géométrie des surfaces de prise. - Rugosité des surfaces. Contraintes d environnement de la fonction prise : - Sécurité de la prise. - Efforts extérieurs appliqués à l objet. - Accesibilité aux espaces de prise et de dépose. Contraintes de la fonction prise : - La zone de préhension. - La force de serrage. - Temps d ouverture de la pince. - Temps de fermeture de la pince. - Vitesse d accostage Contraintes d intégration mécanique : - Le dimensionnement du système. - Intégration du capteur de mesure. - Fixation du système à la brique NXT. 4

5 3. PRÉSENTATION DE NOTRE RÉALISATION a. Veille technologique Dans un premier temps nous avons privilégié l architecture de réduction via une vis sans fin. Cependant après une première réalisation technique, nous avons choisi de prendre une architecture par engrenage car sinon on ne rentrait pas dans les spécifications de dimensions. b. Détermination de la structure mécanique : I. DÉFINITION DU MÉCANISME DE PRÉHENSION : Pour réaliser la pince demandée, nous avons choisi d'utiliser le principe du parallélogramme. Cette méthode de serrage présente de nombreux avantages. Premièrement, le principe issu des propriétés mathématiques de ce quadrilatère est très simple à comprendre, il se base sur le fait que, après avoir imposé toutes les longueurs, il suffit de faire varier l'angle entre 2 côtés adjacents pour rapprocher les côtés parallèles. Il suffit alors d adapter une zone de préhension en bout de ce parallélogramme. Zone de préhension Parallelogramm e 5

6 Ce mécanisme de préhension doit donc être associé à des engrenages afin de pouvoir ouvrir ou fermer la pince. c. Notice de calcul force de serrage Taille du patin (Toutes les dimensions sont en millimètre) Etude du parallèlogramme déformable: Longueur des pièces Paramètres: Force souhaitée (N): F= Distance à l'axe de symétrie: d= Taille de l'objet: Ob= taille du patin: D= Longueur des pièces: Rapport de réduction jusqu'au moteur: L= N mm mm Distance à l'axe de symétrie mm mm R= 0, Sachant que l angle de la pince dépend des dimensions de l objet à attraper et de la pince on a alors : D+ α=sin ( Ob d 2 )= 0, r a d. L La force motrice en sortie de réduction se calcul en fonction de l'angle de la pince: F r= F =28, N tan α Le couple réducteur en sortie du parallélogramme sera alors de : C r= F r * L* sin α=603, N. mm so i t C r=0, N. m Cm Sachant que C r =R le couple moteur sera alors de : C m=c r * R=0, N. m Sachant que la vitesse du moteur est de 130 tours/min on a alors après réduction une vitesse de 14,44 tr/min (vitesse moteur*r) soit ωr=1, rad/s. Ainsi la vitesse appliquée au bras de parallélogramme sera de : 6

7 V r =L * ω r=48,4 m m. s =0,048 m. m i n =0,81 m m. s Ainsi la vitesse en sortie de pince sera de : V =V r * cos α=0,61 m m. s 7

8 Calcul de la vitesse d'approche: Angle d'ouverture= Angle de fermeture= Angle total à fermer: 0,716 rad 0,188 rad 0,528 rad Ainsi le temps de fermeture à pleine vitesse est de : a n g l e t ot al =0,35 s ωr Si nous réalisons la fermeture à pleine vitesse pendant 0,2 s, nous réalisons alors un angle de : ωr * 0,2=0,303 r a d Il nous reste alors 0,225 rad à effectuer en 1,8 s. Notre vitesse d accostage en sortie de réduction pourra alors être de : V r a= 0,225 =0,125 r a d. s 1,8 Nous avons donc une vitesse d accostage en sortie de parallélogramme sera de : V p a=v r * L=4 m m. mi n =0.067 m m. s Ainsi la vitesse en sortie de pince sera de : V =V p a * cos α=0,05 m m. s Apres un premier calcul de la force de serrage nous nous sommes rendu compte que la réduction des engrenages n était pas assez grande pour rentrer dans les spécifications, nous avons donc insérer un second étage de réduction afin de correspondre aux spécifications initiales. d. Principe de mesure force de serrage Nous avons pensé lors de la conception de notre pince au principe de mesure que nous allions utiliser afin de mesurer la force de serrage vue par l objet. Nous avons alors opté pour un capteur de pression donc l incorporation à été pensé dans notre pince. 8

9 e. Simulation sous Meca3D : Pour la simulation sous Meca 3D un seul côté de la pince sera utile car elle est symétrique. I.DÉTERMINATION COUPLE MOTEUR MINIMUM La méthode fut de créer un couple créé par la pièce à attraper de 25N et un autre couple qui lui sera inconnu au niveau du moteur. Après une simulation cinématique et statique nous pouvons récupérer le couple moteur requis pour un côté de la pince : 9

10 On peut alors ici prendre le couple maximal lors de toute la simulation : Nous obtenons alors un couple maximal de Nm. Soit 5.6 N.cm pour un côté de la pince soit un couple maximal de 10.2N.cm pour la totalité de la pince. On pourra alors utiliser le moteur au couple de 15N.cm pour donner une force de 36.76N. Le moteur utilisé peut fonctionner selon les conditions du cahier des charges. De plus la simulation correspond aux calculs précédemment réalisés donc les résultats sont assez fiables. II.DÉTERMINATION DU TEMPS DE FERMETURE Ensuite nous avons du vérifier les temps de fermeture et d ouverture. Pour cela nous avons ré-effectué la simulation précédente en recréant une liaison libre en bout de pince pour y récupérer la vitesse et la distance parcourue en bout de pince. Ainsi la pince fut placée en position ouverte pour aller se fermer et les temps de fermeture pour la fermeture sont : Sachant la distance de fermeture pour un côté de la pince on obtient ainsi le temps de fermeture qui est de secondes. (Ces calculs correspondent bien aux calculs réalisés prédémment) Nous respectons alors le cahier des charges. 10

11 Notre vitesse minimale de fermeture de la pince lors de ce mouvement est alors de : Vmin=30mm/s Donc lors du second semestre on devra réduire la vitesse d accostage de 20mm/s. On pourra alors fermer la pince en 1 seconde ce qui rentre encore dans les conditions du cahier des charges. De plus on pourra observer le nombre de tours réalisé par le moteur lors d une fermeture totale : Le moteur réalise une rotation de 5.2 radians donc environ

12 f. Validation de nos besoins Longueur de notre pince Largeur de notre pince Hauteur de notre pince 12

13 g. Tableau récapitulatif : Spécification Longueur Largeur Hauteur Longueur serrage Ouverture Fermeture Force max de serrage Temps d ouverture Temps de fermeture Vitesse d accostage Valeur 180 mm 90 mm 60 mm 40 mm 50 mm 20 mm 25 N Tolérance + 10 mm +5 mm +5 mm -10 mm Aucune Aucune -5 N 2s 2s 10 mm/s +1 s +1 s Valeur estimée 162,92 mm 95,66 mm mm 32 mm 50mm 20mm 37.5N Validation non non 0.383s 0.383s Réglage par soft Pour la hauteur de notre pince nous modifierons le dernier pion de 8mm par un pion de 4mm. Dans ce cas là notre hauteur sera de 63.47mm ce qui validera la spécification de hauteur donnée par le client. 4. CALCUL DE COÛT Afin de pouvoir calculer le coût total de notre pince nous avons donc utilisé la nomenclature crée sur solidworks. Pour cela nous avons dû ajouter la propriété volume de toutes les pièces utiles pour notre pince. Après calcul de coût nous avons donc une pince de 38,15 dont 8,43 provienne de notre pièce spécifique, que nous avons crée afin de diminuer la hauteur de notre pince. De plus n ayant pas de spécification sur le prix nous supposons que ce prix est acceptable. 13

14 5. CONCLUSION Notre projet de semestre terminé nous a permis de travailler une méthode de bureau d étude en travaillant sous CAO avec Solidworks2012. Le système étudié, une pince préhenseur, fut réalisé de sa préconception jusqu à sa réalisation en passant par sa simulation par un logiciel de CAO. Un cahier des charges fut imposé ce qui nous a permis d avoir une base sur laquelle construire notre pince et la modifier au fur et à mesure de l étude, notamment au niveau de l architecture et également au niveau des réductions. On y a réalisé des calculs simples de dimensionnement de couple moteur et de temps de fermeture sur un système simple construit à partir de légo. Le but de ce projet fut donc de mener de A à Z un projet simple de bureau d études sur une durée de 2 mois. Les résultats furent assez concluants et nous pourrons alors réutiliser la pince pour passer à la partie commande programmée. 14