CENTRE D INTÉRÊT CI1

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1 Fil suivi par le chariot MAQUETTE D UN CHARIOT FILOGUIDÉ CENTRE D INTÉRÊT CI1 DOSSIER D ÉTUDE Activités proposées Système «Chariot filoguidé» CI1 Page 1 sur 7

2 CONTEXTE D UTILISATION DE CE SYSTÈME Voici quelques exemples d utilisation de ce genre de chariot dans l industrie. Chariot de transfert de tomates pour tri par calibre Chariot gros porteur (1 tonne) guidé par laser et fil enfoui Palettiseur filoguidé Chariot de transfert automatique Présentation de l activité Secteur d activité du matériel : technologie transitique industrielle automatisée Support : maquette d un chariot filoguidé industriel Thème : chaînes de solides. Références au programme : modélisation cinématique des liaisons, degré d hyperstaticité, mobilités. Activités proposées Système «Chariot filoguidé» CI1 Page 2 sur 7

3 Extrait du cahier des charges fonctionnel de ce système Fonction Critères Niveau Flexibilité FS1 Stabilité Marge de gain MG = 10 db Minimum Se déplacer d un point à Marge de phase Mϕ = 45 Minimum un autre en suivant un fil Précision Erreur statique inférieure à 5 % Nulle enfoui dans le sol Erreur en perturbation inférieure à 5 % Nulle Les autres performances ne sont pas définies dans le cadre de ce TP. Présentation du problème technique Dans un environnement de production flexible, un chariot filoguidé est destiné à transférer des pièces d'un poste de travail à un autre. Les chaînes fonctionnelles des fonctions «commande de déplacement» et «commande de l axe d orientation» du chariot filoguidé sont identiques à celle d'une commande d'axe, c est-à-dire un asservissement comprenant une partie opérative et une partie commande avec les éléments classiques (préactionneur, actionneur, transmetteur et effecteur d un côté, capteur et conditionneur de l autre) placés entre ces deux parties structurellement séparées. Lorsque le chariot se déplace avec activation de suivi de fil, l'orientation de la roue directrice et motrice est asservie au décalage du chariot par rapport au fil : - y représente le décalage du chariot par rapport au fil - θ représente l angle d'orientation de la roue directrice (en degrés) L'asservissement de l'orientation de la roue directrice doit permettre un suivi de fil satisfaisant. y (en mm) Captage décalage chariot consigne C θ (en incréments) Asservissement orientation roue θ (en degrés) fil y θ Activités proposées Système «Chariot filoguidé» CI1 Page 3 sur 7

4 PREMIÈRE PARTIE Observation et analyse du système Fonctionnement du clavier Les touches ont les fonctions suivantes : Initialisation Décrémentation C - + Validation Incrémentation Activité 1 Essai N 1 : sans alimentation du fil de guidage et chariot en ligne Réaliser l essai suivant : Si ce n est pas déjà fait, éteindre le générateur alimentant le fil. Poser le chariot sur la table de telle façon que la roue soit alignée sur le fil (ce dernier étant à maintenir de manière manuelle à peu près droit sur la table). Mettre le chariot sous tension (en débloquant l'arrêt d'urgence). Avec la touche «+», sélectionner l'application SUIV_FIL et valider par. Donner une consigne de vitesse de 20 incréments avec la touche «+» et valider par pour faire démarrer le chariot : surveiller le chariot pour qu'il ne tombe pas de la table! Vous en êtes personnellement responsable! Pour arrêter le chariot, appuyer sur «C» ou sur l'arrêt d'urgence. Essai N 2 : sans alimentation du fil de guidage et chariot décalé Même protocole mais cette fois en plaçant initialement la roue pivotée par rapport au fil et non dans l alignement : on génère alors une perturbation sur le système. Essai N 3 : avec alimentation du fil de guidage et chariot en ligne Même protocole que l essai N 1 mais en alimentant le fil. Essai N 4 : avec alimentation du fil de guidage et chariot en ligne Même protocole que l essai N 2 mais en alimentant le fil. Le chariot filoguidé en situation d'usage Activité 2 Analyse fonctionnelle externe Préciser le besoin et la fonction assurée globalement par ce système «chariot filoguidé en situation d usage» (diagramme des prestations, aussi connu sous le nom de «bête à corne»). Analyse fonctionnelle interne Mettre le diagramme S.A.D.T. du niveau A-0 du système «chariot filoguidé en situation d usage». Préciser la frontière d isolement et mettre en évidence la typologie des entrées, sorties et contrôles de ce système. Activités proposées Système «Chariot filoguidé» CI1 Page 4 sur 7

5 Le matériel instrumenté, support de l étude Activité 3 Analyse fonctionnelle externe Préciser le besoin et la fonction assurée globalement par ce système «maquette du chariot filoguidé en situation d'étude dans le laboratoire» (diagramme des prestations, aussi connu sous le nom de «bête à corne»). Analyse fonctionnelle interne Mettre le diagramme S.A.D.T. du niveau A-0 du système «maquette du chariot filoguidé en situation d'étude dans le laboratoire». Préciser la frontière d isolement et mettre en évidence la typologie des entrées, sorties et contrôles de ce système. Comparaison réalité (chariot réellement utilisé en milieu industriel) / système instrumenté (maquette utilisée dans le laboratoire) L extraction puis la mise sur banc du système va permettre son étude. On peut cependant se demander quelle seront les conclusions possibles sur un tel système, en comparaison de ce qu on obtiendrait sur le système en situation d usage. Ici, le chariot étant une maquette, la comparaison n'a pas de sens car le système est tout simplement un moyen d'analyser le fonctionnement, rien de plus! DEUXIÈME PARTIE Structure des chaînes fonctionnelles d orientation et d entraînement de la roue du chariot L objectif est ici d identifier les différents constituants du chariot filoguidé par un schéma fonctionnel décomposé en chaîne d énergie et chaîne d information. L étude porte tout d abord sur la partie opérative qui assure deux fonctions : entraîner et orienter le chariot. Imprimer (en noir et blanc!) le document réponse situé dans le dossier ressource situé sur le réseau à l adresse suivante : RESSOURCES\SII\Travaux Pratiques\TP Chariot Filoguidé. Activité 4 En utilisant le système et le document ressource, sur le plan du document réponse - entourer les éléments qui participent à chacune de ces fonctions : en rouge l entraînement et en vert l orientation, - indiquer dans chaque case le nom précis du composant. Prendre connaissance du fichier résumé sur les outils de l analyse fonctionnelle et sur la structure des chaines fonctionnelles Fichier Outils de l analyse fonctionnelle.pps disponible sur le réseau, dans le dossier ressource (RESSOURCES\SII\Travaux Pratiques\Outils de l'analyse fonctionnelle) Activité 5 Compléter le schéma fonctionnel donné dans le document réponse en indiquant le nom précis des composants et leur fonction. Activités proposées Système «Chariot filoguidé» CI1 Page 5 sur 7

6 TROISIÈME PARTIE Structure de la chaîne d action du module d entraînement et d orientation du chariot Le chariot filoguidé est globalement constitué d un groupe d entraînement et d orientation (rotation autour de son axe et pivotement autour d un axe vertical de la roue avant), de deux roues folles à l arrière permettant le soutient du système et d un système de mesure permettant la détection du fil enterré. Activité 6 Proposer une modélisation cinématique des liaisons entre le carter du chariot et le sol via les deux roues arrière (non motorisées ou «folles») et la roue avant (motorisée et orientable selon un axe perpendiculaire au plan du sol sur lequel roule le chariot) dans les deux hypothèses suivantes : - la largeur des roues est considérée comme très petite - la largeur des roues est considérée comme assez grande Tracer le graphe des liaisons associé à cette modélisation cinématique. Pour la suite, on adoptera l hypothèse que le contact roue / sol est quasi ponctuel et se fait avec suffisamment d adhérence pour qu un glissement n apparaisse jamais. Il y a donc, sur les trois points de contact, roulement sans glissement et donc une vitesse nul au contact. Le degré d hyperstaticité h d une modélisation cinématique correspond au nombre de contraintes géométriques de montage de la solution technologique associée. On calcule cette grandeur par la formule suivante : h = 6.γ + m N C où : - m = mu + mi est la «mobilité» du modèle cinématique défini comme la somme de m u la «mobilité utile» correspondant au nombre de lois Entrée / Sortie géométriquement indépendantes et de m i la «mobilité interne» correspondant aux mouvements possibles quand les paramètres d entrée et de sortie ne varient plus - N C = Σn ci est le nombre d inconnues cinématiques associées au modèle choisi (on voit parfois I C au lieu de N C pour cette grandeur) - γ = N L N P + 1 (avec N L le nombre de liaison et N P le nombre de pièces y compris le bâti composant le modèle cinématique) est le «nombre cyclomatique», correspondant au nombre de chaînes indépendantes où une fermeture cinématique pourra être écrite Activité 7 Déterminer la valeur du nombre cyclomatique et du nombre d inconnues cinématiques. En déduire la valeur de la mobilité m dans le cas étudié sachant que le degré d hyperstaticité est nul ici, le chariot reposant sur le sol sur trois points de très petite taille. Identifier les différentes mobilités existant dans cette modélisation (manipuler les différents éléments dont, en particulier, les deux roues arrières). On va maintenant justifier le fait que les deux roues arrières sont montées «folles», donc libres de tourner indépendamment l une par rapport à l autre. Activité 8 Mesurer les distances entre les différents points de contact entre les roues et le sol puis dessiner le chariot vu du dessus approximativement à l échelle 1 / 3. Le chariot vire, entraîné par la roue avant directrice et motrice : déterminer la position de I C/S, Centre Instantané de Rotation du chariot par rapport au sol, puis tracer les vitesses des centres des trois roues : que se serait-il passé si on avait lié les deux roues arrières? Activités proposées Système «Chariot filoguidé» CI1 Page 6 sur 7

7 QUATRIÈME PARTIE Détermination des rapports de réduction des transmetteurs des chaînes fonctionnelles d orientation et d entraînement de la roue avant On désire déterminer les rapports de réduction des deux transmetteurs des chaînes fonctionnelles d orientation et d entraînement de la roue avant. Les deux transmetteurs implantés, l un après le moteur d orientation, l autre après le moteur d entrainement, sont structurellement identiques. Un de ces réducteurs est disponible sur la table, sous une version «ouverte» permettant de visualiser les différents composants et liaisons. Activité 9 Après avoir repéré l entrée puis la sortie de ce réducteur de vitesse, proposer une modélisation cinématique de ce réducteur. Tracer le schéma cinématique correspondant (faire un schéma dans le plan, en décalant éventuellement les axes, suffit). Activité 10 En utilisant la documentation technique et le schéma cinématique mis en place grâce à la modélisation cinématique précédente, déterminer le rapport de réduction de ce réducteur. Activité 11 Valider, par un essai à définir, ce rapport de réduction. On rappelle que le logiciel permet d obtenir la valeur de l angle de pivotement de la roue (par un potentiomètre linéaire) et la valeur de la vitesse de rotation de la roue (par un codeur incrémental). Le protocole expérimental est laissé libre. Activité 12 Question subsidiaire : analyser les matériaux utilisés pour les différents pignons de ce réducteur et justifier la raison de l utilisation de matériaux différents. Activités proposées Système «Chariot filoguidé» CI1 Page 7 sur 7