Mechaland

Note concernant ce site

Vincent Thiberville — 2009-07-24T12:08:13Z

Bienvenue sur ce site.

Les deux petits articles qui le compose ont été publiés en 2007 alors que je réalisais l'un de mes premiers robots. J'ai décidé de laisser ces articles en ligne étant donné la forte fréquentation du site.

Mes dernieres créations sont présentés sur le nouveau site : www.handibot.fr

- Electronique

Etude de la motorisation

Vincent Thiberville — 2007-08-19T10:10:10Z

Pour se mouvoir, le robot doit être équipé de moteurs. J'ai choisi d'utiliser deux motoréducteurs fixés au châssis sur un même axe, ce qui permet une simplicité de commande et de réalisation. Le changement de direction s'effectue en faisant varier la vitesse des moteurs ou en inversant leurs sens de rotation. Cette fonction est réalisée par la carte de motorisation. Le but de cette page est de vous présenter l'étude de la partie motorisation du robot. Pour ce faire, nous verrons comment choisir ses moteurs en fonction des caractéristiques du chassis, ainsi que leurs implantations dans le robot.

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.

Cette étude avait été réalisé pour la première version du châssis entièrement en epoxy. Pour la seconde version du châssis ayant une base en aluminium, j'ai choisis les moteurs ayant pour référence M110 chez Robopolis. Ils ne sont pas des plus rapide mais ont un couple énorme.

Réalisation de circuits imprimés

Vincent Thiberville — 2007-08-16T17:45:19Z

Je décrirai dans cette page une méthode complète et testée pour réaliser des circuits imprimés chez soi, et le plus important les réussir ! Cependant, il est important de noter qu'avant tout il faut avoir trouvé une pièce bien ventilée, car les produits utilisés dégagent des vapeurs assez désagréables et dangereuses.

Imprimer le typon

Tout d'abord, il faut réaliser le typon. Pour ce faire, nous disposons d'un outil très puissant : l'ordinateur. Il existe de multiples programmes gratuits ou payants qui conviennent pour réaliser un typon. J'ai pour ma part choisi EAGLE LAYOUT , il est disponible en version d'évaluation non limitée dans le temps, la seule contrainte de cette version est la limitation de la taille maximale des cartes, mais comme les cartes en robotique ne doivent pas être trop grandes, cette limite n'est pas gênante. Vous trouverez facilement sur internet des tutorials pour ce logiciel en français, je ne m'attarderai donc pas sur ce point.

L'important est d'imprimer sur un papier transparent (des transparents pour rétroprojecteur conviennent parfaitement). Le tout est d'imprimer sur la bonne face du papier ( face rugueuse) et d'imprimer le typon en miroir, tout en ayant réglé l'imprimante pour qu'elle délivre le plus d'encre possible et en choisissant la meilleure qualité d'imprimerie possible. Ainsi lors de l'insolation, les pistes ne seront pas agrandies involontairement. Une photocopie laser du typon imprimé sur papier convient elle aussi si vous ne disposez pas d'une imprimante à jet d'encre

Insolation

Vous disposez maintenant d'un transparent, qui va vous servir à insoler votre plaque. Cette étape consiste en fait à transférer les pistes du transparent sur la plaque présensibilisée. Pour ce faire, nous devons disposer le transparent sur la plaque de façon à ce que l'on ne puisse pas lire les repères inscrits sur la face imprimée du transparent (effet miroir !). Eviter les repères du type TOTO ou M qui se lisent dans les deux sens...

Vous devez maintenant disposer d'une insoleuse. Vous pouvez soit l'acheter dans un magasin d'électronique ou bien vous la fabriquer, c'est ce que j'ai fait. Il suffit de prendre un double éclairage à néons normaux, et de remplacer les néons normaux par des néons UV compatibles. Placer le tout dans une boîte recouverte par une plaque de verre à environ 10 cm au dessus des tubes UV... Libre à vous de la fignoler à souhait. J'ai placé la mienne dans un tiroir coulissant au dessous d'une table, cela permet un gain de place et un meilleur rangement.

Il ne vous reste plus qu'à placer le transparent puis la plaque sur le verre et voilà vous allez pouvoir insoler. Cette étape est très importante, une surexposition aux UV de la plaque provoquera des trous dans les pistes, et une sous exposition provoquera des faux contacts entre les pistes. Vous devrez donc faire plusieurs séries de tests pour arriver à trouver le juste milieu entre "sur" et "sous" exposition du circuit aux UV. Le temps que j'utilise est de 42 secondes d'exposition aux UV. Mais vous n'aurez pas le même puisqu'il dépend du matériel et des produits utilisés. Lors de l'insolation, il est important que le typon soit bien pressé sur la plaque. L'idéal peut être de la mousse avec un poids dessus ...

Révélation

Vous avez maintenant insolé votre plaque, vous allez donc devoir la révéler. Pour ce faire, il faut placer la plaque dans un bac de révélateur qui est en fait une soude caustique, à la température inscrite sur son paquet. Dans tous les cas, la révélation ne fonctionne pas à moins de 22°. Pour ma part je révèle à 24°C, avec le révélateur dans un bol, lui même dans un bain marie, posé sur un radiateur et accroché par des fils de fer .Ce produit est vendu par sachet de 1 litre, et il ne vous en coutera que 1€ par litre. Il existe des possibilités d'utiliser d'autres produits, comme des produits pour les toilettes ou pour la vaisselle, mais je les déconseille fortement, ils ne vous en couteront pas moins cher et les résultats seront longs à venir. Comme il existe des mélanges tout fait qui ne coutent vraiment pas chers, mieux vaut ne pas s'en priver, mais libre à vous de jouer les apprentis sorciers... Ici encore vous devrez respecter un temps précis pour que cette étape fonctionne correctement et faire plusieurs séries d'essais. Dans tous les cas votre temps de révélation ne devra pas dépasser 1 minute 30, l'idéal étant souvent autour de la minute. Pour ma part je révèle 45 - 47 secondes.