Bases de la Robotique. Actionneurs



Documents pareils
CIRCUITS DE PUISSANCE PNEUMATIQUES

Electrotechnique. Fabrice Sincère ; version

MOTORISATION DIRECTDRIVE POUR NOS TELESCOPES. Par C.CAVADORE ALCOR-SYSTEM WETAL Nov

Electrotechnique: Electricité Avion,

2 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

Le triac en commutation : Commande des relais statiques : Princ ipe électronique

Driver de moteurs pas-à-pas DM432C

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

Robots CNC. WITTMANN nommé «Meilleur achat» pour les robots. Technology working for you.

Groupe électrogène commercial Quiet Diesel TM Série 13.5 QD Modèle HDKBP Fonctions et avantages

Dimensionnement d une roue autonome pour une implantation sur un fauteuil roulant

OTIS. Mod. La modernisation réinventée. Plus de sécurité Plus de fiabilité Plus de confort. Et plus d attention à l environnement.

ventilation Caisson de ventilation : MV

véhicule hybride (première

SÉRIE RM Découpeuses-Cambreuses RM 40K / RM 40KS / RM 40P

Pour les utilités, le process et l environnement. Les solutions pompes KSB.

NOUVEAU. Les plus puissants chariots télescopiques Kramer jamais conçus. Chariots Télescopiques

Recopieur de position Type 4748

Gestion moteur véhicules légers

AMELIORATION DE LA FIABILITE D UN MOTEUR GRÂCE AU TEST STATIQUE ET DYNAMIQUE

Chapitre 0 : Généralités sur la robotique 1/125

Machine à courant continu

Série 77 - Relais statiques modulaires 5A. Caractéristiques. Relais temporisés et relais de contrôle

MAGTROL. Frein à courant de Foucault haute vitesse WB 23. WB 23 Fiche Technique CARACTÉRISTIQUES COMMANDE PAR PC DESCRIPTION

CIRCUIT DE CHARGE BOSCH

LA MESURE DE PRESSION PRINCIPE DE BASE

Moteurs pas à pas Michel ABIGNOLI Clément GOELDEL Principe des moteurs pas à pas Structures et modèles de description Alimentation Commande

V112-3,0 MW. Un monde, une éolienne. vestas.com

BAUER BG 30. Foreuse Kelly pour Pieux Porteur BT 80

F = B * I * L. Force en Newtons Induction magnétique en teslas Intensité dans le conducteur en ampères Longueur du conducteur en mètres

Elaboration de Fer à Béton

Boîtier de contrôle et de commande avec EV 3/2 voies intégrée

MAGNA3 BIEN PLUS QU UN CIRCULATEUR

Une solution logicielle complète et couvrant tous les niveaux d enseignement des techniciens et des ingénieurs

Un partenaire Un partenaire solide

ALFÉA HYBRID DUO FIOUL BAS NOX

Thermorégulateurs Easitemp 95 et 150 eau. La solution compacte & économique

Le turbo met les gaz. Les turbines en équation

Notions fondamentales sur le démarrage des moteurs

Atelier B : Maintivannes

Machines. Plaques vibrantes réversibles kg APR 2220 / 2620 / 3020 / 3520 / 4920 /

TP 7 : oscillateur de torsion

document proposé sur le site «Sciences Physiques en BTS» : BTS AVA 2015

Gamme Ventilateurs EC

Il se peut que le produit livré diffère de l illustration.

SEO 200. Banc d étude du positionnement angulaire d une éolienne face au vent DESCRIPTIF APPLICATIONS PEDAGOGIQUES

Solution de Stockage

III Capteurs et actuateurs

Sommaire buses. Buses

Centre de tournage. et de fraisage CNC TNX65/42

Élan d ouverture. 30 fois plus rapide qu un battement de cil : ABB simule l extrême dans un disjoncteur CCHT

IPT Charge pour Véhicules Electriques

Électromécanique de systèmes automatisés

Cahier technique n 207

GENERALITES SUR LA MESURE DE TEMPERATURE

Escaliers mécaniques Schindler Des solutions d économie d énergie pour un avenir durable

la force et la qualité

NOTRE OFFRE GLOBALE STAGES INTER-ENTREPRISES

Version MOVITRANS 04/2004. Description / FR

Whitepaper. La solution parfaite pour la mise en température d un réacteur. Système de régulation. Réacteur. de température

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SÉRIE SCIENTIFIQUE

Énergie décentralisée : La micro-cogénération

CENTRE DE TECHNOLOGIES AVANCEES EN ELECTRICITE RESIDENTIELLE ET INDUSTRIELLE INSTITUT DES ARTS ET METIERS

COLLOQUE NATIONAL de la PERFORMANCE INDUSTRIELLE

SOMMAIRE. 1. Architecture proposée. 2. Constituants de la solution. 3. Supervision DATA CENTER OPTION SERVICE

Le projet HBS. LETI/DSIS Jean-Jacques Chaillout CEA. All rights reserved

France. France. Bois déchiquetés, granulés de bois, ECO-HK kwk W briquettes, copeaux, sciures.

CHAPITRE 1 : ETAT DE L ART.

MACHINES DE SCIAGE ET TRONCONNAGE MACHINES SPECIALES R 80 CN. Machine à commande numérique destinée au tronçonnage des dés.

Charge Force Poids. Highly Reliable Systems for Measuring and Monitoring Load, Force and Weight

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR AGRICOLE SUJET

DATA CENTER. Règles d'ingénierie du Data Center DATA CENTER

Nouveau Partner Electrique : 100% Partner, 100% électrique

Lubrification des machines et équipements

Vanne à tête inclinée VZXF

3. Artefacts permettant la mesure indirecte du débit

BD 302 MINI. Etage de puissance pas à pas en mode bipolaire. Manuel 2059-A003 F

INSTALLATIONS INDUSTRIELLES

HISTORIQUE DU MOTEUR DIESEL

Système ASC unitaire triphasé. PowerScale kva Maximisez votre disponibilité avec PowerScale

LES APPAREILS A DEVIATION EN COURANT CONTINU ( LES APPREILS MAGNETOELECTRIQUES)

Catalogue - Formation en «électropneumatique et systèmes automatisés process control system»

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

Concours EPITA 2009 Epreuve de Sciences Industrielles pour l ingénieur La suspension anti-plongée de la motocyclette BMW K1200S

Actualisation des connaissances sur les moteurs électriques

Les outils classiques de diagnostic stratégique

ANALYSE FONCTIONNELLE INTERNE DEVOIR LIBRE

DOCUMENT RESSOURCE SONDES PRESENTATION

Actions de réduction de bruit sur un moteur poids lourd

VANNE PAPILLON 1100 avec servomoteur type UVC-15

UMG 20CM. UMG 20CM Appareil de surveillance des circuits de distribution avec 20 entrées et RCM. Analyse d harmoniques RCM. Gestion d alarmes.

DISPOSITIF DE BLOCAGE STATIQUE Ø 32 à 100 mm - double effet ISO 15552

Compresseurs d air à vis lubrifiées. Série R kw ( hp)

CleverLevel LBFS/ LFFS. L alternative vraiment intelligente aux détecteurs de niveau à lames vibrantes

Simulation Matlab/Simulink d une machine à induction triphasée. Constitution d un référentiel

GROUPE HOLDIM Leader mondial de l optimisation moteur. DYNORACE 2WD /DF2 Banc 2 roues motrices. Banc de puissance Disponible en 3 versions :

Presse Plieuse Synchronisée. Gamme PSN SPECIFICATIONS TECHNIQUES PRESSE PLIEUSE. Gamme PSN

L offre DualSun pour l eau chaude et le chauffage (SSC)

1- Maintenance préventive systématique :

Être Anticiper Innover. Une technologie dont on ne peut se passer

Transcription:

Bases de la Robotique Actionneurs Dr Mohamed Bouri, Novembre 2014 Mohamed Bouri, EPFL, 2014 1

Actionneurs Electrohydrauliques Electropneumatiques, Electromécaniques. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 2

Actionneurs hydrauliques Monopole dans le domaine de la robotique industrielle lourde avec les avantages suivants - un rapport puissance/poids élevé (supérieur à 1 kw par kg pour une pression de 100 bar); - des constantes de temps très faibles permettant d excellentes performances en vitesse et accélération; - la quasi-incompressibilité des fluides conduisant à une raideur élevée. Ses inconvénients majeurs sont: - le coût élevé, déterminé par le groupe hydraulique et certains composants tels que les servovalves. Pour éviter des fuites, les usinages et le montage doivent être d excellente qualité, donc nécessairement coûteux; - l encombrement (tuyaux, raccords,...) et le dimensionnement délicat des actionneurs, particulièrement ceux de petites dimensions; - le danger de fuite d huile en cas de rupture d un conduit; - l incompatibilité de l huile avec l industrie alimentaire (des huiles spéciales doivent être employées) - le bruit généré par le groupe hydraulique. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 3

Actionneurs hydrauliques li existe des actionneurs hydrauliques linéaires ou rotatifs (vérins à simple ou double effet). Ces derniers sont réalisés le plus souvent par des moteurs composés de vérins à simple effet, commandés par des distributeurs. Les vitesses maximales de rotations sont relativement faibles, de l ordre de 1000 rpm, mais ils ont des couples élevés par rapport à leurs dimensions (typiquement 10Nm/kg, contre 1 Nm/kg pour les moteur électriques). Ce type d actionneurs est ainsi presque exclusivement réservé à la robotique lourde. Notons toutefois, que certaines applications de la robotique de précision font à nouveau appel à ce type de technologie. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 4

Actionneurs hydrauliques Mohamed Bouri, EPFL, 2014 5

Actionneurs hydrauliques Mohamed Bouri, EPFL, 2014 6

Actionneurs hydrauliques : And What else? Vidéo d une main bionique hydraulique Mohamed Bouri, EPFL, 2014 7

Actionneurs hydrauliques : Robotique ou non robotique? Mohamed Bouri, EPFL, 2014 8

Actionneurs pneumatiques C est une solution bon marché et simple d emploi pour les mouvements tout ou rien. Avantages de l energie pneumatique: Disponible sur chaque poste de travail en industrie, Propre, Les fuites (éventuelles) sont sans risques. Affranchissement d un conduit de retour dans la plupart des cas. Mouvements rapides Inconvénients: Contrôle en vitesse ou en position délicat à cause de la compressibilité de l air (Délicat mais possible) Faible densité d énergie véhiculée par rapport aux actionneurs hydrauliques. l utilisation des actionneurs pneumatiques est généralement confinée aux préhenseurs ou à des axes de transferts à positions indexées. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 9

Actionneurs pneumatiques (tout ou rien) Mohamed Bouri, EPFL, 2014 10

Actionneurs pneumatiques (commande en position) Distributeur Module de commande d axe Interface d axe Angle 270 Potentiomètre rotatif intégré Incl. Patin à bille Incl. système de mesure externe Mohamed Bouri, EPFL, 2014 11

Actionneurs pneumatiques pour la robotique Mohamed Bouri, EPFL, 2014 12

Actionneurs pneumatiques pour la robotique Delta Linéaire de Festo Mohamed Bouri, EPFL, 2014 13

Mohamed Bouri, EPFL, 2014 14

You said Pneumatic : And What else? The Muscle suit Forces prévues < 500 N pour 3-4 bars Mohamed Bouri, EPFL, 2014 15

Actionneurs électromécaniques L énergie électrique est : Disponible partout et facilement transportable l énergie la plus utilisées en robotique industrielle. Avantages des actionneurs électromécaniques: - Prix relativement bas des composants ; - Fonctionnement propre et silencieux. - Grande compétition dans le marché qui implique une évolution croissante des technologies. - Et surtout Maitrise du contrôle et meilleure précision. L inconvénient principal est la densité d énergie inférieure à celle de actionneurs hydrauliques. Nous notons que les actionneurs électromécaniques font de plus en plus de progrès et s imposent de plus en plus dans toutes les applications. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 16

Comparaison des énergies spécifiques (Actionneurs hydrauliques) (Actionneurs électromécaniques) Mohamed Bouri, EPFL, 2014 17

Mohamed Bouri, EPFL, 2014 18

Principaux types d actionneurs électromécaniques Mohamed Bouri, EPFL, 2014 19

I - Moteurs pas à pas (exemples) linear stepper motor configuration Double shaft for encoders or manual move Mohamed Bouri, EPFL, 2014 20

Moteurs pas à pas (électronique simple) Mohamed Bouri, EPFL, 2014 21

Moteurs pas à pas Construction simple (leur coût est relativement bas, ils sont fiables et robustes), Ils sont simples à contrôler par des commandes digitales en boucle ouverte (suppression du capteur de position) Présentent un couple élevé à basse vitesse (jusqu à 5 fois celui d un moteur CC) permettant un entraînement direct. Inconvénients de moteurs pas à pas La limitation du nombre de pas par tour (limitation de la résolution) la génération de vibrations (bruit, précision du système dégradée) La basse vitesse maximale. Les moteurs pas à pas peuvent être utilisés avec des capteurs de position moyennant l utilisation d une commande plus adaptée et on perd ainsi la simplicité de ces derniers. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 22

Moteurs pas à pas à aimant permanent Le moteur pas-à-pas à aimant permanent possède un ou plusieurs aimants permanents au rotor. Il présente des positions fixes même sans être alimenté. Son rendement est élevé. Caractérisé par une alimentation de phases de signes alternés. Deux phases sont suffisantes. Sa structure ne permet pas d avoir un grand nombre de pas par tour généralement entre 2 et 24. Ce type de moteur pas-à-pas est réservé aux applications simples Rotor constitué d une suite d aimants polarisés. Patent Portescap (Groupe Danaher) Mohamed Bouri, EPFL, 2014 23

Moteurs pas à pas Réluctant Réluctant (variable reluctance). Le moteur pas-à-pas réluctant ne comporte pas d aimant permanent. Il possède des bobines distinctes au stator et un rotor ferromagnétique. Il est robuste et bon marché. Ce type de moteur n a pas de position stable sans alimentation (pas d aimant). Son couple et son rendement sont faibles. Par contre, sa petite inertie permet un bon rapport couple sur inertie (M/J). C est un moteur à haute capacité d accélérations et décélérations. Ce type de moteur est insensible à la polarité du courant. Il faut donc un minimum de trois phases pour avoir un mouvement dans les deux directions. Ces moteurs sont utilisés pour des entraînements simples de petites dimensions (par exemple tables pour le micro-positionnement). Leur nombre de pas par tour est généralement compris entre 12 et 72. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 24

Moteurs pas à pas hybride ou réluctant polarisé C est le type de moteur pas-à-pas le plus utilisé actuellement pour des applications sophistiquées. Il peut avoir un nombre de pas par tour élevé, compris entre 24 et 400. Ils réunissent, au moins en partie, les avantages des moteurs pas à pas à réluctance variable et à aimants permanents, à savoir : - un grand nombre de pas par tour, - une fréquence propre mécanique importante, - un couple massique élevé, - un amortissement interne important, - une mémoire de position. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 25

Moteurs pas à pas (exemple de machines CNC) Mohamed Bouri, EPFL, 2014 26

Mohamed Bouri, EPFL, 2014 27

Moteur à courant continu Mohamed Bouri, EPFL, 2014 28

rotor avec fer rotor cloche rotor imprimé dit 29 également Pancake DC Motors Mohamed Bouri, EPFL, 2014

Moteurs à Courant continu à balais Mohamed Bouri, EPFL, 2014 30

Moteur à courant continu (5de6) Mohamed Bouri, EPFL, 2014 31

Moteurs à Courant continu à balais Les plus utilisés en robotique légère à ce jour. Ils sont fiables, d un prix intéressant et un grand choix existe sur le marché. Leurs performances dynamiques sont très bonnes. On distingue deux grandes familles : Moteurs à rotor avec fer Moteurs rotor sans fer Mohamed Bouri, EPFL, 2014 32

Moteurs à Courant continu à balais Rotor a fer versus sans fer Les moteurs à rotors avec fer permettent d avoir un couple élevé (le champ magnétique dans l entrefer est grand). Par contre leur inertie est grande et ils ont des pertes fer qui peuvent être très élevées au hautes vitesses. Les moteurs à rotors sans fer ont un couple moins élevé, mais leur inertie est faible ce qui est un avantage important en robotique où de grandes accélérations sont nécessaires. Leurs pertes fer sont très faibles. Le rotor sans fer peut être soit de type imprimé (printed motor) ou de type cloche. Inertie du rotor Moteur DC avec rotor en fer -- ++ Dynamique -- ++ Couple ++ -- Vitesse -- ++ Coût ++ -- Moteur DC à cloche Mohamed Bouri, EPFL, 2014 33

Moteurs à Courant continu sans balais La commutation est assurée d une manière électronique : Il n y a ni balais ni collecteur Ces moteurs sont également appelés moteurs à commutation électronique Commutation a balais Commutation électronique Mohamed Bouri, EPFL, 2014 34

Moteurs à Courant continu sans balais : principe Mohamed Bouri, EPFL, 2014 35

Moteurs à Courant continu sans balais : principe Commutation a 6 étapes Mohamed Bouri, EPFL, 2014 36

Moteurs à Courant continu sans balais- Résumé Le collecteur des moteurs à courant continu est le point faible des moteurs à balais. Il limite leur durée de vie. La commutation génère des perturbations électromagnétiques qui peuvent gêner l électronique de commande ou les appareils proches. Des étincelles sont générées lors des commutations interdisant l utilisation de ce type de moteur en milieu explosif. Moteurs à courant continu sans balais Grâce au progrès de l électronique ces moteurs avec leurs commandes sont disponibles à des prix acceptables. Ils remplacent de plus en plus les moteurs à courant continu à balais. La tendance actuelle est de développer des entraînements directs permettant de supprimer les réducteurs. >> Confinés à des applications de haute gamme, techniquement très exigeantes. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 37

Mohamed Bouri, EPFL, 2014 38 Photos Maxon Motors

Moteurs à Courant continu sans balais Mohamed Bouri, EPFL, 2014 39

Equations principales des Moteurs à Courant continu Simplifié La puissance à la sortie est P s = M s.w La puissance à l entrée est P e = U.i Pertes (P p ) = Pertes frottement (P fr ) + Pertes Joules dans les bobinages (P j ) Le bilan energetique s écrit : Le rendement est : P e = P s + P p Mohamed Bouri, EPFL, 2014 40

Equations principales des moteurs à courant continu Mohamed Bouri, EPFL, 2014 41

Pertes dans un moteur électrique La transformation d énergie électrique en énergie mécanique Pertes. Dépendent : de la charge : pertes Joules dans le bobinage de la vitesse : Pertes dues aux frottements, à la ventilation Matériaux: Pertes fer liées au champ magnétique Mohamed Bouri, EPFL, 2014 42

Facteur de régulation Il correspond à la pente de la caractéristique vitesse/couple (Dw/DM s ) Ainsi, plus le facteur de régulation est petit, moins le moteur est sensible à une variation du couple de charge Mohamed Bouri, EPFL, 2014 43

Limites thermiques Mohamed Bouri, EPFL, 2014 44

Adaptation optimale max Mohamed Bouri, EPFL, 2014 45

Mohamed Bouri, EPFL, 2014 46

Power rate Le power rate permet de sélectionner un moteur capable d accélérer avec une valeur donnée a ch une charge d inertie J ch. r > r opt Attention, ceci est seulement vrai si le rapport de transmission est optimum. Si ce n est pas le cas, le power rate requis sera encore plus grand. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 47

Calcul du power rate Mohamed Bouri, EPFL, 2014 48

Optimisation des pertes Optimisation par le rapport de transmission Optimisation par le profil de vitesse Mohamed Bouri, EPFL, 2014 49

Optimisation des pertes par le rapport de transmission Cela revient à minimiser Ainsi nous obtenons le même résultat que pour l optimisation de la vitesse. Mohamed Bouri, EPFL, 2014 50

Optimisation des pertes par le profil de vitesse Cela revient à minimiser Profile parabolique Profile triangulaire Profile trapézoïdal Mohamed Bouri, EPFL, 2014 51