Etude de la motorisation

Choisir ses moteurs

Tout d’abord, il faut déterminer la masse et la vitesse du futur robot, chose difficile lorsque le robot est encore en projet. La masse du robot dépendant essentiellement des batteries et du chassis, (le poids des cartes électroniques est négligeable). Dans le cas d’un robot à PC embarqué, on devra disposer d’une grande autonomie qu’il faudra calculer : pour trouver combien consomme la carte mère epia, le site mini-box nous propose un petit calculateur bien pratique : on trouve environ 30W. Comme nous devons alimenter la carte mère avec une batterie 12V (via une alimentation speciale), on trouve un courant de 2.5Ah (maxi). L’autonomie désirée est de 4h, il faut donc une batterie de 10A en théorie. A cela on ajoute les 0.75A de consommation des différentes cartes électroniques sur le robot. On doit donc choisir une batterie de 12V en 13Ah.

Pour des raisons d’économie j’ai dû choisir des batteries au plomb : 2 batteries de 6V 13Ah en séries, soit environ 4Kg de batteries. Ajoutons une batterie pour les moteurs (tension et capacité encore inconnues car on ne sait pas combien vont réellement consommer les moteurs : entre 1 et 2.5A) comptons 3Kg. A cela ajoutons le poids du chassis, 2Kg. on obtient donc 12Kg grossièrement !

Pour la vitesse, 40cm par seconde serait idéal, pour ne pas aller trop vite toute en maintenant une certaine allure, à noter qu’avec la MLI cette vitesse sera très peut atteinte.

On peux maintenant calculer le couple nécessaire ainsi que le nombre de tours par minute des moteurs. Pour cela j’utilise un calculateur réalisé par l’ANCR, je le mets à votre disposition car leur site est actuellement fermé.

Couple

Le couple des moteurs est exprimé normalement en Newton-mètre ( Moment par rapport à un axe, d’une force de 1 newton, dont le support est distant de 1 mètre de l’axe et y est orthogonal.) Son unité est N.m, mais il n’est pas écrit ainsi sur les documents descriptifs des servomoteurs et motoréducteurs dans certains commerce en France, l’unité utilisée est le kilogramme-force-mètre (kgf.m) en théorie une unité prohibée qui vaut 9.81N.m .

Conversions

Pour simplifier les calculs de conversions que vous aurez à effectuer on peut considérer que 1 kilogramme-force-mètre (Kg/m) = 10 N.m donc : 1Kg/cm = 10N.cm = 100mN.m = 0,1N.m En clair, 1 kg/cm vaut 0,1N.m

Cependant pour vos calculs de couples je vous conseille fortement d’utiliser le N.m.

Calculs

Le calculateur vous demande d’abord la vitesse en m/s, pour nous 0.4, le diamètre des roues, pour nous 73mm serait bien, le poids, donc 13000 grammes, la pente que le robot pourra monter, 35 degrés, et enfin l’accélération qui doit être comprise entre 5 et 10, prenons 5. On obtient un couple par moteur de 2169 mNm soit, 21Kg/cm ainsi qu’une vitesse de 104 tours par minute. Pour le couple on prend en général un coefficient de sureté pour ne pas avoir de problème par exemple pour un robot de compétition compter entre 5 et 10 fois le couple calculé !

Où acheter ses moteurs ?

Maintenant que l’on connait leur couple, et leur nombre de tours par minute, il ne reste plus qu’a les choisir. En France, je connais quelques distributeurs comme Motor-Model, Selectronic, Robopolis, et Conrad. J’ai personnelement choisit un motoréducteur disponible chez Robopolis et Selectronic, voici les caractéristiques

Qu’y à t’il à retenir des caractéristiques ?

Comme vous le voyez il y a beaucoup de caractéristiques pas toutes très intéressantes. On retiendra donc :

Le couple en g.cm :22851 sous 12V, le courant nominal 2.85A, et la vitesse de 106 tours/min. Notons aussi le diamètre de l’axe de sortie : 6mm.

Maintenant que les motoreducteurs sont choisit, comment allons nous les fixer ?

Implantation au chassis

Le motoréducteur est livré fixé à une équerre perforée prête à être fixée, il ne vous reste donc qu’à visser le motoréducteur à l’endroit souhaité. L’emplacement des moteurs sur le châssis est important, il déterminera comment va tourner le robot. Je vous conseille de les fixer au milieu du châssis, ce qui permettra de faire tourner facilement le robot sans qu’il ne prenne trop de place. Reste à savoir si on les fixe à l’intérieur du châssis ou sous le châssis. Cela dépend du terrain où vous voudrez le faire évoluer. Pour une maison avec peu de relief il est conseiller d’avoir le robot au plus prés du sol, pour avoir le centre de gravité le plus bas possible. Cependant si il doit aller en exterieur il est important d’avoir un certain espace entre le fond du châssis et le sol.

Se pose maintenant un nouveau problème : comment fixer les roues au châssis ?

N’étant pas un grand mécanicien, j’ai d’abord choisi une solution toute faite, acheter un ensemble moyeux et roues chez selectronic qu’il ne reste plus qu’à visser sur l’axe du moteur (serrer la vis sur le meplat de l’axe du motoréducteur).

Cependant, ces roues en mousse se salissent très rapidement, ne permettent pas d faire de l’odometrie puisqu’elles s’écrasent et sont vraiment trop large. J’ai donc fait faire des moyeux pour des roues en aluminium chez Easy Robotics. Le cout de ces roues est bien moindre que l’ensemble proposé plus haut, et les roues sont bien plus adapté.

La suite ? Elle depend de vous, de votre imagination ! Il vous reste à faire le chassis, la carcasse du robot.

En conclusion, j’ai choisi un motoréducteur à très fort couple (31€ le motoréducteur), ainsi qu’un ensemble roue et moyeux tout fait pour mouvoir ce robot tout de même assez lourd. J’espère que ces explications vous aurons été utiles, n’hésitez pas à me contacter en cas de problème.