Projet Mécatronique S4. Plateau élévateur

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1 Projet Mécatronique S4 Plateau élévateur Réalisé par El Khairi Neji Desfontaine Jonas 2013~

2 Spécification Technique des Besoins (STB) Projet : Plateau élévateur Réf. : STB001 Organisme émetteur : Groupe 1 ENSIBS 1 er année Nom de l auteur : El Khairi Neji Desfontaines Jonas Mail : neji_khairi@live.com jonas.desfontaine@laposte.net Date d émission : 21 /12/2013 Signature : K.Neji D.Jonas Vérification Nom Date Signature El Khairi Neji 20 /12/2013 K.Neji Desfontaines Jonas 20 /12/2013 D.Jonas Approbation Nom Date Signature El khairi Neji 20 /12/2013 K.Neji Desfontaines Jonas 20 /12/2013 D.Jonas 1

3 Contenu Présentation générale de l organisme ) Présentation générale de l organisme ) Missions et objectifs stratégiques de l organisme ) Organisation générale de l organisme ) Contraintes générales de l organisme... 3 Présentation générale du système attendu... 4 A. Introduction... 4 B. Présentation de l utilisation et des missions du système ) Présentation générale du systeme ) Description des plaques à porter ) Contraintes et besoins du système :... 5 C. Récapitulatif... 6 Conception de l élévateur... 7 A. Les différentes solutions envisagés... 7 B. Description de la solution choisie... 8 C. Justification des caractéristiques techniques... 8 D. Justification des spécifications E. Le modèle CAO 3D F. Nomenclature du système... 0 G. Estimation du poids de système :... 1 H. Chiffrage du coût du système :... 0 Conclusion

4 Présentation générale de l organisme 1) Présentation générale de l organisme Le système à concevoir est une demande de l école nationale supérieure des ingénieurs de Bretagne sud (ENSIBS) représenté par M. Stéphane BOCHARD. 2) 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. 3) Organisation générale de l organisme L'organisme se décompose en 3 filières : mécatronique, génie informatique et génie industriel. La formation s étale sur 3 ans. 4) Contraintes générales de l organisme Les contraintes de l organisme sont principalement un budget limité alloué à chaque projet. Il faut aussi faire avec les outils à disposition. 3

5 Présentation générale du système attendu A. Introduction Le système à développer est un système de plateau élévateur asservi. Il a pour but de pouvoir accueillir un nombre quelconque de plaques plastique et de garantir une hauteur constante du haut de la pile. Ceci quel que soit le nombre de plaques (inferieur au maximum N). B. Présentation de l utilisation et des missions du système 1) Présentation générale du systeme Le système de plateau élévateur se comporte de deux parties : La partie mécanique : Elle se compose elle même de deux parties, le châssis servant de base au système et la partie mobile, portant les pièces et permettant ainsi de modifier la hauteur de la pile. La force permettant le déplacement est fournie par un moteur Lego. La partie électronique : Elle regroupe les capteurs et la commande qui vont nous permettre de déterminer le poids des pièces afin de déterminer le nombre de pièces et d ajuster la hauteur en fonction. Cette partie sera effectuée au second semestre 2) Description des plaques à porter Il existe deux types de plaque que le système doit porter, ce sont les suivantes : Plaque 1 : taille : longueur1 = largeur1 = 99 à 105 mm ; hauteur1 = 9.5 à 10mm masse : m1 = 136 à 146 g Couleur : blanche 4

6 Plaque 2 : taille : longueur2 = largeur2 = 99 à 101 mm ; hauteur2 = 2,0 à 2,2mm masse : m2 = 30 à 32 g Couleur : jaune 3) Contraintes et besoins du système : Nous allons présenter ici les différentes contraintes et besoins du système sous forme d un tableau. Besoins Le plateau peut contenir plusieurs types de pièces à la fois La face supérieure des pièces doit être maintenue de façon automatique à une hauteur de Références B1 B2 référence H. Le système doit réaliser la pesée des pièces Le système doit identifier les pièces non conformes niveau poids. (+/- 5g) Le plateau doit retrouver sa position de référence en un temps limité (1s) Le nombre de pièces minimal supportées par le plateau est 5 pièces La hauteur de référence H est ajustable et de 100 mm (+/- 10 mm de tolérance) La stabilité des pièces sur le plateau doit être garantie Le système doit avoir une longueur maximale de 180 mm (+10 mm de tolérance) Le système doit avoir une largeur maximale de 150 mm (+5 mm de tolérance) Le système doit avoir une hauteur maximale de 120 mm (+10 mm de tolérance) L erreur de la position par rapport à la référence est de +/- 2 mm au maximum avec une B3 B4 B5 B6 B7 C1 C2 C3 C4 C5 tolérance inférieur à +/- 5 mm 5

7 C. Récapitulatif Voici le résumé des exigences principales à respecter : Spécification Valeur Exigence Tolérance Longueur 180 mm Maximum +10 mm Largeur 150 mm Maximum +5 mm Hauteur 120 mm Maximum +10 mm Nombre de pièces N 5 Minimum aucune hauteur de référence H 100 mm ajustable +/- 10 mm erreur de position / référence +/- 2 mm Maximum <+/- 5 mm temps retour position référence 1 s Maximum +1 s Détection pièce non conforme +/- 5 g Maximum <+/- 10 g Voici un schéma descriptif du système attendu : 6

8 A. Les différentes solutions envisagés Conception de l élévateur Nous avions commencé par envisager une solution de type cric mais celle ci demandait de nombreuses pièces et aux premiers essais nous nous sommes rendu compte que cette solution était volumineuse. C est pour cela que nous avons décidé de nous inspirer de ce qui se fait sur les charriots élévateurs de manutention. Nous avions pensé à une chaine entre deux engrenages sur lequel est accroché un plateau. Cette solution était plutôt efficace mais par manque de longueur de chaine disponible, nous avons opté pour le même système avec des poulies et du câble à la place des chaine. Voici notre système : 7

9 B. Description de la solution choisie Projet Mécatronique S4 Afin de mieux comprendre le système choisi, voici le schéma cinématique. Chaque classe d équivalence a un couleur différente : Liaison pivot Axe Z, centre B B Poulie Liaison glissière Axe Y Courroie de transmission Y x Liaison pivot Axe Z, centre E E Chassi Poulie Le moteur entraine en rotation la poulie du bas. Le mouvement de rotation est transmis à la poulie du haut grâce à la courroie (les câbles). Le plateau élévateur est fixé sur cette courroie et suit le mouvement de monté descente. C est un système à la cinématique simple qui permet l utilisation de peu de pièces et qui est relativement facile à mettre en place. C. Justification des caractéristiques techniques Nous cherchons à déterminer si le système que nous avons choisi, permet grâce au moteur fourni, de soulever la charge voulue. Voici une illustration du problème : Py Py Y x Cz 8

10 Nous nous plaçons dans le cas extrême ou nous devons soulever 5 grosses plaques. Cela fait un total de 146g x 5 = 730g et donc une force de 7,3N. Le bras de levier par rapport à l axe du moteur est 1 cm. Le moteur doit donc fournir un couple de 7,3 N.cm. Nous regardons alors sur le graphique des caractéristiques moteur. Nous sommes alimenté avec des batteries, la tension d alimentation est donc de 7,2V. Le moteur dont nous disposons est donc assez puissant pour soulever la charge, nous sommes loin du couple maximum qui est d un peu moins de 20N.cm. Nous cherchons maintenant à determiner si notre système peut atteindre sa position voulue en moins de 1 seconde. Pour cela nous regardons la vitesse du moteur en fonction du couple que nous venons de determiner. 9

11 Le moteur devrait tourner à 100 tr/min (10,47 rad/sec) sous la condition de chargement maximum. Comme nous connaissons le rayon de la poulie (1cm) cela fait un déplacement vertical de 10,47cm/sec. Etant donné que la hauteur de 5 plaques équivaut à 5 cm, le déplacement s effectuera en moins de 1 seconde. Ces résultats ont bien été vérifiés lors des tests. D. Justification des spécifications Nous allons, ici, justifier le respect des différentes contraintes et besoins du système. B1 : Le plateau peut contenir plusieurs types de pièces à la fois Le capteur de poids captera les augmentations de masse sur le plateau et on pourra en déduire le type de pièce ajouté. B2 : La face supérieure des pièces doit être maintenue de façon automatique à une hauteur de référence H. Ce besoin sera satisfait par l asservissement en hauteur du plateau élévateur en fonction du nombre de plaques présentent sur le plateau. Ce nombre de pièce sera calculé avec le capteur de poids. La position du plateau sera déterminée grâce au codeur intégré au moteur. Un capteur fin de course permettra d initialiser le système au «zéro». Tout cela sera fait au prochain semestre. 10

12 B3 : Le système doit réaliser la pesée des pièces Pour répondre à ce besoin nous allons utiliser un capteur de poids. Il nous permettra de déterminer le nombre de plaques présentent sur le système Son interfaçage sera vu au prochain semestre. B4 : Le système doit identifier les pièces non conformes niveau poids. (+/- 5g) Le capteur de poids permettra d identifier les pièces non conforment. Nous effectuerons des tests pour voir si cette condition sera vérifiée. B5 : Le plateau doit retrouver sa position de référence en un temps limité (1s) Cette condition est vérifiée (cf : Justification des caractéristiques techniques) B6 : Le nombre de pièces minimal supportées par le plateau est 5 pièces La résistance du système au poids des 5 pièces a été vérifiée par test. La capacité à lever les 5 est aussi vérifiée (cf : Justification des caractéristiques techniques) B7 : La hauteur de référence H est ajustable et de 100 mm (+/- 10 mm de tolérance) 11

13 On remarque qu avec notre système on atteint une hauteur de référence de 110,09 mm, ce qui est légèrement supérieur à la hauteur limite donnée au cahier de charge (110 mm), lorsqu on met cinq grandes pièces. En effet le plateau ne peut pas descendre plus bas. Par contre on respecte bien la contrainte lorsque ce sont de petites pièces qui sont présente. On peut aller jusqu à 19 petites pièces. C1 : La stabilité des pièces sur le plateau doit être garantie Cette contrainte était bien vérifiée lors des tests. 12

14 C2 : Le système doit avoir une longueur maximale de 180 mm (+10 mm de tolérance) C4 : Le système doit avoir une hauteur maximale de 120 mm (+10 mm de tolérance) La contrainte C2 est bien respectée, on a eu une longueur de 166,90 mm+11,51mm (rayon moteur) =178,4 mm<190 mm Par contre, la contrainte C4 n est pas respectée car la hauteur h=131,37 mm est légèrement supérieure à la hauteur imposée (h=120+10=130mm). C3 : Le système doit avoir une largeur maximale de 150 mm (+5 mm de tolérance) 13

15 La largeur de notre système est de 95,07 mm ce qui respecte largement la contrainte C3 qui impose une largeur de 150mm. C5 : L erreur de la position par rapport à la référence est de +/- 2 mm au maximum avec une tolérance inférieur à +/- 5 mm L asservissement de position, qui sera réalisé au prochain semestre, permettra de respecter cette contrainte. Nous effectuerons des tests pour voir si cette condition sera vérifiée. 14

16 E. Le modèle CAO 3D Voici ci-après les différentes vue de notre CAO ainsi que la mise en plan de notre système. Des différentes vues de notre système : -Vue d arrière- -Vue de face- -Vue de gauche- -Vue de droite- 15

17 -Vue trimétrique- 16

18 Mise en plan: 17

19 F. Nomenclature du système Voici la nomenclature de notre système, référençant l ensemble des pièces utilisées et leur quantité. No. ARTICLE NUMERO DE PIECE 3703 Brique Technic 1x16 avec trous 3738 Plaque Technic 2x8 avec trous Bras Technic 1x5 QTE Pion Technic 2L Pion Technic Bras Technic 1x Clips pour barre Electric Motor NXT Bras Technic coudé 1x Barre 1L avec pion Brique Technic 1x14 avec trous 3894 Brique Technic 1x6 avec trous 3702 Brique Technic 1x8 avec trous Brique 2x Brique Technic 1x10 avec trous 6536 Jonction pour 2 axes perpendiculaires 3737 Barre Technic 10L Roue Bras Technic 1x Bras Technic coudé à 90 2x

20 G. Estimation du poids de système : Projet Mécatronique S4 NUMERO DE PIECE QTE volume (m^3) Volume total (m^3) 3703 Brique Technic 1x16 avec trous 2 5,59339E-06 1,11868E Plaque Technic 2x8 avec trous 5 2,30476E-06 1,15238E Bras Technic 1x5 2 1,11487E-06 2,22974E Pion Technic 2L 20 1,6824E-07 3,3648E Pion Technic ,2957E-07 5,1828E Bras Technic 1x15 6 3,51629E-06 2,10977E Clips pour barre 6 1,296E-07 7,776E Electric Motor NXT Bras Technic coudé 1x11 6 2,73635E-06 1,64181E Barre 1L avec pion 14 1,9027E-07 2,66378E Brique Technic 1x14 avec trous 2 4,78775E-06 9,5755E Brique Technic 1x6 avec trous 2 2,10931E-06 4,21862E Brique Technic 1x8 avec trous 2 2,77892E-06 5,55784E Brique 2x8 1 4,50385E-06 4,50385E Brique Technic 1x10 avec trous 1 3,44853E-06 3,44853E Jonction pour 2 axes perpendiculaires 2 0, , Barre Technic 10L 3 9,7732E-07 2,93196E Roue 4 9,127E-07 3,6508E Bras Technic 1x9 2 2,07676E-06 4,15352E Bras Technic coudé à 90 2x4 2 1,13187E-06 2,26374E-06 TOTAUX 87 3,89814E-05 0, On a pesé le moteur et on a eu une masse M moteur =80 g Pour la masse de la structure sans prendre compte du moteur est : avec le volume totale de la structure sans le moteur est de 11, m 3 et la masse volumique du matériau plastique ABS égale à 1060 kg/m 3 donc M= 0,1175 kg=117,5 g D où la masse totale du système est égale à M totale =M+ M moteur =117,5+80=197,48 g. Le poids total de notre système est de 197,48 grammes sans prendre en compte les masses des capteurs. 1

21 H. Chiffrage du coût du système : No. ARTICLE NUMERO DE PIECE 3703 Brique Technic 1x16 avec trous 3738 Plaque Technic 2x8 avec trous Bras Technic 1x5 QTE volume (mm^3) volume (cm^3) Remise Prix unitaire Total ,39 5, ,61 1, ,76 2, ,05 0,27 1, ,87 1, ,16 0, Pion Technic 2L ,24 0, ,1 0,06 1, Pion Technic Bras Technic 1x ,57 0, ,06 0, ,29 3, ,05 0,38 2, Clips pour barre 6 129,6 0,1296 0,05 0,06 0, Electric Motor NXT Bras Technic coudé 1x Barre 1L avec pion Brique Technic 1x14 avec trous ,07 24, ,00 20, ,35 2, ,05 0,31 1, ,27 0, ,1 0,06 0, ,75 4, ,53 1,06 18

22 Brique Technic 1x6 avec trous 3702 Brique Technic 1x8 avec trous ,31 2, ,26 0, ,92 2, ,33 0, Brique 2x ,85 4, ,50 0, Brique Technic 1x10 avec trous 6536 Jonction pour 2 axes perpendiculaires 3737 Barre Technic 10L ,53 3, ,39 0, , ,09 0, ,32 0, ,15 0, Roue 4 912,7 0, ,14 0, Bras Technic 1x ,76 2, ,26 0, Bras Technic coudé à 90 2x ,87 1, ,16 0,33 TOTAUX ,42 63, ,36 34,85 Donc d après le tableau des couts ci-dessus, notre système nous revient à 34,85. Ce faible cout est obtenu grâce l utilisation d un nombre restreint de pièces. De plus toutes les pièces utilisées sont des pièces existante, non fabriquées a l imprimante 3D, ce qui limite énormément les couts. 1

23 Conclusion Nous avons fini la réalisation de la partie mécanique de notre système. Celle-ci rempli la quasi totalité du cahier des charges. Il va donc maintenant falloir concevoir la partie électronique servant à l asservissement. Nous aurons le semestre suivant pour nous occuper de cela. 18