TP «Emericc 1» Axe linéaire asservi 0. Objectifs du TP Documents à disposition - le dossier d étude (disponible ci-après) comprend les activités à mener pendant la durée de cette séance de travaux pratiques - le dossier ressource comprend l ensemble des données disponibles sur les éléments (moteurs, capteurs, etc.) de tout ou partie des chaînes fonctionnelles présentes sur ce système - le dossier technique comprend des données utiles pour les mesures via le logiciel et les interfaces électroniques associées au TP Présentation de l activité Secteur d activité du matériel étudié dans ce TP : robotique, secteur industriel Support : maquette Emericc, composé d une commande d axe d un robot portique Thème : analyse fonctionnelle, modélisation cinématique. Références au programme : analyse fonctionnelle, structure du système, analyse géométrique et analyse cinématique, degré de mobilité et degré de d hyperstatisme d'un mécanisme. Le triptyque proposé ci-après montre les trois domaines d étude d un système. L axe linéaire asservi Emericc étudié correspond à une commande d axe extraite de son environnement. Lycée Saint-Louis -1-44, Bd St-Michel PARIS VI
DOMAINE INDUSTRIEL Adapter DOMAINE DU LABORATOIRE Les objectifs des activités proposées ci-après sont : De valider le modèle proposé Performances mesurées sur les matériels instrumentés du laboratoire OBJECTI F CLIENT De valider les performances du modèle proposé par rapport à celles du système du laboratoire De valider les performances de l axe Emericc par rapport à celles du robot 9662 de I&J Fisnar 1. Présentation du système (45 minutes maximum) 1.1. Évocation du problème (le besoin) Modéliser Modéliser DOMAINE DE LA SIMULATION Performances estimées par simulation ou par calcul Le diagramme des prestations ci-dessous (parfois appelé «bête à cornes») permet de décrire le besoin d un robot industriel dans un contexte bien précis : Industrie concernée Matière d oeuvre Robot portique Placer l extrémité du robot très précisément avec une excellente répétabilité 1.2. Présentation de l'objet technique réel en situation d usage. Les robots de type portique (déplacement linéaire de charges, mise en place de colle, etc..) sont des systèmes très présents dans l industrie : automobile, aéronautique, Lycée Saint-Louis -2-44, Bd St-Michel PARIS VI
le robot I&J9662(R) de chez I&J Fisnar On se propose ici d étudier une commande d axe extraite de ce type de robot au travers de la maquette Emericc. Prendre connaissance du fichier résumé sur les outils de l analyse fonctionnelle et sur la structure des chaînes fonctionnelles Fichier Outils de l analyse fonctionnelle.pps disponible sur le réseau, dans le répertoire commun, SII ACTIVITÉ 1 Visionner, sur le site I&J Fisnar à l adresse suivante http://www.ijfisnar.fr/video.html, la vidéo appelée «domestic Iron» pour observer la mise en place, par le robot 9662, d un joint de silicone sur un fer à repasser. Analyse fonctionnelle externe Préciser le besoin et la fonction assurée globalement par ce système (diagramme des prestations, aussi connu sous le nom de «bête à corne»). Analyse fonctionnelle interne Mettre en place le diagramme SADT de niveau A-0 de ce système : on précisera particulièrement les contrôles, partie supérieure du bloc. La comparaison des performances se fera à partir du tableau suivant : Extrait du Cahier des Charges Fonctionnel du robot 9662 de chez I&J Fisnar en situation réel. Fonctions Critères Niveaux Précision linéaire 0,1 mm Déplacer les vantaux Vitesse de déplacement maximale 280 mm/s Lycée Saint-Louis -3-44, Bd St-Michel PARIS VI
1.3. Présentation du matériel instrumenté, support de l étude. Partie opérative (chaîne d action) L'architecture de la partie opérative est celle d'un robot plan, comportant un moto-réducteur et un mécanisme à transformation de mouvement rotation => translation. Le carter du moteur est fixé sur le bâti et son axe entraîne, via un réducteur et un système poulie courroie, un chariot en translation. Partie commande L'entrée des consignes de position du chariot s'effectue à partir d'un ordinateur comportant un logiciel de simulation du pilotage, interfacé avec la commande du moteur. La carte d'interface analogique numérique entre l'ordinateur et l'électronique de commande de la rotation du moteur permet en «temps réel» : De transmettre les consignes calculées par l'ordinateur vers l axe commandé ; D acquérir les différentes mesures de position, de vitesse et de couple pour les visualiser. On se propose de modéliser la commande d axe de l axe Emericc. Le fonctionnement de la commande de cet axe peut-être analysé par le schéma SADT de niveau A0 de l annexe. Le fonctionnement de la commande de cet axe peut-être analysé par le schéma FAST ci-après. FAST Déplacer le chariot Mesurer la position angulaire Codeur incrémental + compteur associé Acquérir la consigne et les réglages Interface homme machine + logiciel + transfert Calculer la commande Carte de commande Distribuer l énergie Variateur associé Transformer l énergie Moteur à courant continu Transmettre le mouvement Système poulie-courroie+réducteur+liaisons ACTIVITÉ 2 Préciser les contraintes imposées par l environnement réel par rapport au laboratoire. Conclure quant à la cohérence et aux limites de la «réduction» réel instrumenté. 1.4. Observation du matériel instrumenté en fonctionnement. Cliquer sur l icône winaxe32 pour démarrer le logiciel de commande de cet axe puis réaliser une prise d origine en cliquant sur l icône appropriée. Observer les différents menus et les possibilités offertes. Afin de pouvoir faire des comparaisons et des analyses cohérentes, tous les essais ci-après doivent être réalisés avec un même gain de 50 sur une impulsion d une durée de 1000 ms (durée de la mesure = 3000 ms, 300 points et cocher «vitesse» dans courbe complémentaire). Essais sans asservissement de position Enlever toutes les masses éventuellement présentes sur le plateau. Lycée Saint-Louis -4-44, Bd St-Michel PARIS VI
Ouvrir le menu «Boucle ouverte» et cliquer sur «Impulsion en chaîne directe». Observer l allure de la réponse temporelle et noter tout ce qui pourra être utile (valeur finale atteinte, allure de la courbe, présence ou non d oscillations, allure de l évolution au départ, temps de réponse à 5 %, etc.). Après avoir fait une prise d origine : Refaire la même mesure avec dix disques ; Refaire deux mesures en inclinant l axe, d abord en «montant» puis en «descendant». Essais avec asservissement de position Réaliser quatre essais avec un déplacement d amplitude 100 mm, durée de la mesure : 3 s, avec un gain de 50 et dans les mêmes conditions que précédemment, soit avec 0 puis 10 disques et l axe horizontal puis incliné. ACTIVITÉ 3 La consigne est-elle atteinte dans tous les cas? Estimer l écart (valeur de la consigne valeur atteinte) pour chaque essai. Que peut-on en conclure? Quelle est la perturbation principale sur ce système? Est-elle constante quelle que soit la position linéaire de l axe (dans le cas de l évolution horizontale et dans le cas d une inclinaison d un angle supposé connu)? 1.5. Synthèse : analyse fonctionnelle ACTIVITÉ 4 Grâce aux documents fournis (SADT A0 par exemple), identifier les différents éléments mis en évidence par le document de présentation des chaînes fonctionnelles (tous ces éléments peuvent ne pas exister sur ce système) pour la chaîne fonctionnelle étudiée. Le document sur les chaînes d énergie et d information (normalisé) permet de décomposer de manière complète la structure l asservissement : compléter ce document. 2. Modélisation (15 minutes maximum) 2.1. Éxpérimentation Sur l axe Emericc, la non linéarité de la commande (cette dernière étant toujours observée en pratique) est la plus facile à étudier (mais elle n est pas la seule!). Un module de saturation a été placé entre le variateur (amplificateur commandé) et le moteur à courant continu de façon à ne pas endommager le moteur. ACTIVITÉ 5 cette phase de saturation sur un essai à définir. Dans quel cas a-t-on une phase de saturation plus importante? sur un deuxième essai. À l'aide des courbes obtenues sur les deux essais : - déterminer la vitesse transitoire du chariot pendant la phase de saturation. Conclure quant à la performance de la vitesse maximale précisée dans le cahier des charges. - déterminer la position finale du chariot. Conclure quant à la performance de la précision de la position donnée dans le cahier des charges. Déterminer ensuite la valeur de la tension de saturation sachant que le gain du pré actionneur est de 0,1732 V/point Lycée Saint-Louis -5-44, Bd St-Michel PARIS VI
Déterminer ensuite la valeur du rapport de réduction des deux transmetteurs (réducteur+poulie-courroie) sachant que la constante de vitesse du moteur est 279 tours.min -1.V -1. cette valeur expérimentale en consultant, dans le dossier technique, les valeurs du constructeur. 2.2. Identification Modélisation et paramétrage ACTIVITÉ 6 Effectuer un graphe de liaisons de l ensemble {chariot+4 roues+bâti} (on ne tiendra pas compte de la courroie) par observation des contacts réels (contacts linéiques entre une roue et un rail) et manipulation du matériel. Les différents éléments peuvent être nommés : bâti (1) ; chariot (2) ; roues (3.1 à 3.4) (ne pas hésiter à soulever le chariot). Établir le schéma cinématique spatial de l ensemble {chariot+4 roues+bâti}. 3. Validation 3.1. Comparaisons Prenons dans un premier temps la chaîne, du graphe précédent, constituée des solides {1, 2 et 3.1}. Cette chaîne est la mise en série de 3 solides. La roue apparaît comme un solide intermédiaire nécessaire d un point de vue technologique. ACTIVITÉ 7 Préciser cette nécessité. On peut maintenant se placer d un point de vue cinématique et voir le rôle joué par cette roue. ACTIVITÉ 8 Déterminer la liaison équivalente entre les solides 1 et 2 et vérifier que celle-ci est parfaitement identique à celle établie entre les solides 1 et 3.1. Conclure. ACTIVITÉ 9 Proposer, sans calcul, une liaison équivalente entre les solide 1 et 2. En déduire le degré de mobilité ainsi que le degré d hyperstatisme. (se reporter au POLY CIN 1 précisant la définition de ces deux grandeurs dans le répertoire «Commun\ressources\SII\TP\TP Emericc \Poly») 3.2. Conclusions Nous allons maintenant supposer que le contact entre une roue et un rail est ponctuel. ACTIVITÉ 10 Préciser l hypothèse permettant de valider ce choix. ACTIVITÉ 11 Proposer, sans calcul, une liaison équivalente entre les solide 1 et 2. Comparer ce modèle de liaison au modèle précédent. En déduire le degré de mobilité ainsi que le degré d hyperstatisme. Conclure. Lycée Saint-Louis -6-44, Bd St-Michel PARIS VI