X: Dimension à mesurer EC - Robot NXT Grimpeur THEME SOCIÉTAL Déplacement CENTRE D'INTERET CI5 : Concevoir et utiliser un modèle relatif à un système en vue d évaluer les performances de la chaîne d énergie. PROBLÉMATIQUE Comment évaluer les performances du robot grimpeur et réaliser un modèle cohérent? Compétences associées A2 Analyser le système A3 Caractériser des écarts B2 Proposer ou justifier un modèle Si les notions de frottement vous sont inconnues: Généralités sur la mesure d'adhérence La fiche guide "Le frottement "vous aidera à comprendre comment prendre en compte le frottement dans un problème de statique. Le banc d'essai fourni permet la mesure du coefficient d'adhérence entre deux pièces. L: Dimension constante α Expliquez sommairement en quoi la mesure de la cote X peut nous donner le coefficient d'adhérence Mesure de coefficient d'adhérence : Définissez un protocole de mesure de coéfficient d'adhérence adapté à notre banc d'essai. Déterminez les valeurs de coefficient d'adhérence des couples de matériaux suivants: Acier - bois Acier acier Acier aluminium Acier élastomère (gomme) EC Robot grimpeur Page 1 sur 5
ROBOT GRIMPEUR Le robot grimpeur que nous utiliserons est réalisé à l'aide de briques LEGO NXT. Le pilotage du robot sera réalisé par le logiciel Labview sans que le programme soit résident dans le boitier NXT Le moteur NXT Le moteur NXT est composé essentiellement d'un moteur CC, d'un réducteur et d'un codeur optique qui va capter la position en rotation de l'arbre moteur Impulsions du codeur Chaîne d information avec pilotage LABVIEW sur PC USB ou Bluetooth ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Capteurs numériques Boutons brique NXT avec programme Liaison USB, Câbles NXT Affichage brique Ordres (niveaux de tension) Roues ou mécanisme ALIMENTER 6 piles 1,5V ou Batterie DISTRIBUER Etage de puissance NXT CONVERTIR Moteur C-C TRANSMETTRE Réducteur à engrenages droits Créer un mouvement de rotation Le robot grimpeur Chaîne d énergie d'un moteur NXT Le robot grimpeur est composé de 3 moteurs dont 2 sont mis en service pour son déplacement. Sa masse totale est de M=635 gr avec batterie, 665 gr avec piles Roue ou mécanisme en mouvement Pilotage du robot Le pilotage du robot sera réalisé à partir du logiciel "Banc d'essai Robot NXT grimpeur.vi" réalisé à l'aide du logiciel Labview. Vous pourrez visualiser la vitesse de rotation des moteurs en fonction de leur tension d'alimentation. Modélisation du robot Une modélisation MapleSim incomplète vous est fournie dans le fichier "Robot grimpeur.msim". Un moteur est modélisé seul dans le fichier "Moteur NXT. msim". EC Robot grimpeur Page 2 sur 5
VALIDATION DU MODÈLE MAPLESIM DU MOTEUR NXT. A partir du moteur central du robot que vous brancherez seul. Donnez une procédure d'essai qui nous permettra de valider la modélisation du moteur On désire vérifier notamment: La fréquence de rotation en fonction de la tension d'alimentation. La puissance de sortie en fonction de la tension d'alimentation On rappelle: P = C.ω avec P en W, C en N.m et ω en rad.s -1 ou P = F.V avec F en N et V en m.s -1 Réalisez cette vérification, concluez Sous Maplesim, réalisez rapidement les courbes complète décrite ci-dessus pour des tensions variant de 0 à 12V tracez la courbe du rendement du moteur NXT en fonction de la tension d'alimentation ELABORATION DU MODÈLE DU ROBOT GRIMPEUR Dans le fichier "Robot grimpeur.msim" Vous trouverez la modélisation du robot grimpeur mais aussi la modélisation de son placement sur une pente. Transformation de mouvement, chenille Tension d'alim. soit constante soit variable Tension d'alimentation? Mouvement de translation? Amortissement, modélise les pertes Friction en translation Caractéristiques mécaniques Certaines caractéristiques sont paramétrables sur le coté du modèle Complément du modèle du robot Donnez une procédure de détermination et chiffrez paramètres des Blocks "Rot-tranl" et "Amortissement" arbitrairement fixés à 0 A noter que l'amortissement modélise les pertes mécaniques dans le robot après la sortie des moteurs Vérifiez les chiffrages à l'aide du robot fourni. EC Robot grimpeur Page 3 sur 5
Complément du modèle robot sur pente Le block "TF" (Translationnal friction), représentant le frottement dans la liaison appui-plan entre le robot et le sol, n'est pas correctement défini. Pour simplifier le modèle, nous ne jouerons que sur les paramètres d'effort de glissement et de frottement qui sont actuellement fixés à 1000 N. Fs est l'effort maximum avant glissement Fc est l'effort lors du glissement Les valeurs de ces paramètres dépendent évidemment des coefficients d'adhérence et de glissement ainsi que de la masse de l'objet à déplacer. Détermination des coefficients d'adhérence et de frottement Expérimentation 1 En plaçant le robot sur un plan incliné, retrouver l'angle et le coefficient d'adhérence entre le robot et ce plan, Expliquez votre démarche au besoin en faisant un schéma montrant les différents éléments et actions mécaniques α Expérimentation 2 En plaçant le robot sur le plan horizontal, retrouver l'angle et le coefficient d'adhérence entre le robot et ce plan en vous aidant d'un dynamomètre, F Expliquez votre démarche au besoin en faisant un schéma montrant les différents efforts agissant sur le système isolé. Comparez les résultats obtenus par les 2 expérimentations Détermination du coefficient de frottement En vous inspirant de la deuxième expérimentation, retrouvez le coefficient de frottement du robot sur le plan. Expliquez votre démarche Détermination des paramètres Fs et Fc L'effort maximum avant glissement et l'effort lors du glissement dépendent evidemment des coefficients d'adhérence et de frottement mais aussi de la pente de montée du robot Retrouvez et entrez les relations permettant de calculer ces efforts dans les paramètres du bloc. Les relations avec paramètres peuvent être entrées directement dans les paramètres du bloc Exemple farfelu: EC Robot grimpeur Page 4 sur 5
VALIDATION DU MODÈLE Pour valider le modèle réalisé précédemment, on se propose de mettre le robot en mouvement suivant une trajectoire rectiligne et de comparer le mouvement obtenu avec les résultats obtenus par simulation de ce mouvement. Nous utiliserons pour cela le VI "Pilote Robot" Qui nous donnera la position mesurée de la sortie moteur A en fonction de la tension d'alimentation. Cette tension d'alimentation sera entrée sous forme d'équation horaire lors de phases successives. Après prise en main de ce logiciel de commande: Mettez en place et décrivez une procédure d'essai en vue de la comparaison du modèle MapleSim et de la mesure réelle du déplacement. o Ecrivez les equations horaires d'un mouvement quelconque (pas trop long) o Comparez le mouvement obtenu à l'aide du modèle MapleSim et celui obtenu par mesure. o Refaites la manip. pour une inclinaison du support que vous aurez définie. o refiates éventuellement la manip. pour une autre combinaison de mouvement. Concluez. EC Robot grimpeur Page 5 sur 5