1 SEMINAIRE NATIONAL PT Cerpet Paris - 15 décembre 2006 S.I.I. ET DEMARCHE DE CONCEPTION...

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6 S.I.I. ET DEMARCHE DE

CONCEPTION

L’environnement numérique au service de l’analyse et la

conception des systèmes industriels

Jean Marie Reynaud - Lycée Chevrollier Angers

Luc Launay - IA-IPR Académie de Nantes

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Le contexte du professeur

L’enseignement des S.I.I. en P.T.S.I. et P.T. s’intéresse aux outils et méthodes d’analyse et de conception, au comportement et à la réalisation de systèmes industriels pluritechniques… répondant à un besoin exprimé.

En référence aux textes du programme …

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Le contexte de la démarcheFaire juste du premier coup !

Contexte

Contraintes : suite d ’étapes

Résultat : « le produit »

Seul ce qui va poser problème doit être regardé

CONC-IND-PROD

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Organiser un enchaînement d ’étapes dédiées

L’enjeu de la démarcheRendre utile chaque étape

Contraintes

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L’enjeu de la démarcheLe juste nécessaire à chaque

étape

Contraintes

Adapter l ’exigence au degré de progression du projet

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Le souci constant de l’ingénieur est donc de conduire son étude à un résultat maîtrisé, adapté en terme de finesse d’investigation.

L’aptitude de l’ingénieur doit être grande en terme : d’innovation ; de complexité ; d’écarts ; de compromis.

En résumé …

L’enjeu de la démarche

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DOptimiser la conception d’un

système« La réunion de sous-ensembles

optimaux ne constitue pas un ensemble optimal » (Théorème de Bellmann)

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Une démarche générale en S.I.I.

Problématique Industrielle 1

Cahier des Charges Fonctionnel, … 3

Simulation / Calcul / Expérimentation 5

Interprétation des écarts 6

Validation 7Support Industriel 2

Modélisation 4

Authentique

Contemporain

Support Industriel 2

Proposition pédagogique

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L'actualité du support industriel conditionne la réalité du problème technique proposé :

bonne connaissance du système, des évolutions et modifications techniques qui ont déterminé les choix constructifs au sein du support ;

CdCF élément essentiel de la dimension industrielle.

Proposition pédagogiqueLe support industriel

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Une démarche générale en S.I.I.






Modélisation 4

Authentique

Contemporain

Situation problème industrielle

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Le support industriel est exploité pédagogiquement au travers d’une situation problème. Un questionnement ou une problématique qui garantit

l’authenticité du problème technique ; la légitimité de l’étude : la vraisemblance des résultats obtenus. L’étudiant apprécie alors naturellement, l’intérêt de la

démarche suivie et l’utilité des outils qui lui sont enseignés.

La situation problèmeProposition pédagogique

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La démarche générale en S.I.I.






Modélisation 4

Authentique

Contemporain



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Analyse Fonctionnelle en S.I.I. dérives à proscrire

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Modélisation 4

Authentique

Contemporain

Modélisation 4


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La modélisation, représentation simplifiée et non simpliste de la réalité, autorise les investigations théoriques au regard du point de vue retenu et de la problématique industrielle posée.

Considérer avec prudence, les modélisations « automatiques » proposées par certains logiciels, dans la mesure ou l’objectif de l’étude et le point de vue sont ignorés.

La modélisationProposition pédagogique

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Système de soudage par friction inertielle MTI 480

Cahier des charges fonctionnel

Énergie de soudage (proportionnelle à la surface à souder) = 110 J mm-2

Pression de soudage = 360 MPa

Vitesse circonférentielle = 100 m min-1

N = 150 tr/min

F = 3,6 106 N

I = 9300 kg.m2

Moteur SNECMA GE 90 équipant les Boeing B777

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Système de soudage par friction inertielle MTI 480

0

30

60

90

120

150

0 2 4 6 8 10 12

temps en s

tr min-1 pression p

vitesse N

déplacement x

Schéma hydraulique

- Circuit de mise en accélération

- Circuit d’alimentation du vérin de poussée

M(4)1

(6)1

(9)1

(10)1

(12)1

(13)1

(15)1

(16)1

(17)1

(11)1

(1)1

(2)1

(3)1

(7)1 (8)

1(5)1

a1

b1

c1

(14)1

d1

Chariot

Coulisseau

Vérin de poussée

Ciseaux

VisEcrou

Volants d'inertie

Broche

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Calcul / Simulation / Expérimentation 5



Modélisation 4

Authentique

Contemporain

Simulation / Calcul / Expérimentation5


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1) Le modèle de connaissance établi sera confronté avec intérêt aux résultats observés dans le cadre des TP, afin de développer une culture des ordres de grandeur.

2) L’exploitation numérique itérative, servie par la robustesse de la maquette, permettra de :

visualiser l’influence relative des différents paramètres,

d’étudier une configuration particulière, d’optimiser, de rechercher une situation critique, et dans le cadre d’une confrontation avec les TP

d’effectuer un recalage des modèles.

3 activités essentiellesProposition pédagogique

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3) Les travaux pratiques, la manipulation et l’observation permettront de construire des modèles et d’identifier les termes caractéristiques associés à des comportements.

L’environnement numérique n’apparaît plus comme une boîte d’outils sophistiqués, mais comme un vecteur d’apprentissage essentiel.

Dans ce cadre, plus de virtuel ne peut engager qu’à mieux appréhender le réel.

Proposition pédagogique3 activités essentielles

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Robotmanipulateur

Pièce Support

Opérateur

Milieuambiant

Énergie

FP1 FC1

FC2

FC3FC4

FC5

FP1 : Déplacer et orienter une pièceFC1 : Se fixer au supportFC2 : permettre la commande manuelleFC3 : permettre la commande par programmationFC4 : utiliser l'énergie disponible dans un atelierFC5 : ne pas perturber.

Analyse fonctionnelle externeDiagramme des inter-

acteursEn phase d ’utilisation

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Fonctions Critères NiveauxFP1 - Temps d’accélération minimal

- Vitesse maximale- Déplacement- Orientation- Charge maximale

355 ms1,5 m/sSphère de rayon R =0,75m2 degrés de liberté15 N

FC1 Mouvement résiduel 0FC2 Logiciel dédiéFC3 Logiciel dédiéFC4 Énergie électrique

Énergie pneumatique220 V 16A0,6 MPa

FC5 BruitFuites

__ dB0

Analyse fonctionnelle externeCaractérisation des

fonctions

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3y

10 zz

0y

4321 yyyy

O3

O0

O4

Chaise 1

Bras 2

Poignet 4Avant-bras 3

Socle « fixe » 0

2y

4y

1x

0x

1

O1

O2

Pince 5

1 Mouvement de lacet

Mouvement d’épaule

Mouvementde coude

Mouvement de poignet

Mouvementdes pinces

Solutions envisageables :

Combinaison de rotations

Combinaison de translations

Combinaison de rotations et translations

Schéma cinématique spatial du robot

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Course 270° :

• Vitesse maxi : 90°. s-1

• Accélération maxi : 324 °.s-2

• Temps d ’accélération mini : 355 ms

1351θ135

ZONE DE L ’ETUDE

Performances de l ’axe de lacet

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Analyse fonctionnelle interne

Solutions associées

Moteur à courant continu

Poulies-courroie synchrone

Capteur inductif TOR et codeur incrémental

Liaisons pivot

Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique

Réduire la vitesse de rotation et augmenter le couple

Capter la position de la chaise par rapport au socle

FT1 : Tourner la chaise 1 par rapport au socle 0

Guider les mouvements

Réducteur standard

Adapter et transmettre intégralement le mouvement

FAST

Asservir la position, la vitesse et l ’accélération Carte de commande...

Capter la vitesse de la chaise par rapport au socle Génératrice tachymétrique

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Recherche d ’une solution cinématiqueMoto-réducteur lié au

socle

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Recherche d ’une solution cinématiqueMoto-réducteur lié à la

chaise

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Recherche d ’une solution cinématique

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Solutions Avantage InconvénientMoto Réducteur fixe en bas Alimentation simple

Inertie réduiteEncombrement

Moto Réducteur fixe en haut Alimentation simpleInertie réduite

Fixation complexe

Moto Réducteur mobile en bas EncombrementFixation plus complexeInertie plus importante

Moto Réducteur mobile en haut Encombrement Inertie plus importante

Recherche d ’une solution cinématiqueChoix d ’une solution

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Recherche d ’une solution cinématiqueSolution retenue

A - Rechercher et choisir une solution

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Pré-dimensionnementEssai avec inertie estimée

Influence de la densité matériau

B - Pré-dimensionner des composants

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Pré-dimensionnementEssai avec inertie estimée

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1000

2000

3000

4000

5000

6000

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600

Temps en s

Vit

esse

en

tr/

min

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

Co

up

le m

ote

ur

en N

m

Wm

Cm (Alu)dt

d.JC equ

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Pré-dimensionnement

Moteur CoupleenrotationlenteM0 (N.m)

Courantpermanentd'alimentationen rotationlente I0 (A)

Tension dedéfinitionU(V)

Vitesse dedéfinitionN (tr/min)

Inertie durotor(kgm².10-5)

Réductionpour obtenirle couple

Vitessemaximaleentréeréducteur(tr/min)

Réductionpourobtenir lavitesse

RS110M 0.05 1.5 20.7 3000 0.24 340.0 5000 333RS120G 0.092 2.3 21.2 3000 0.41 184.8 5000 333RS130E 0.13 2.7 23.7 3000 0.58 130.8 5000 333RS210L 0.11 2.5 24 3000 1.3 154.5 5000 333RS220F 0.225 4.1 25.4 3000 1.95 75.6 5000 333RS220K 0.232 2.8 38.6 3000 1.95 73.3 5000 333

D’après document PAVEX Calculs complémentaires

Moteur à courant continu

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Pré-dimensionnementMoteur à courant continu

Moteur CoupleenrotationlenteM0 (N.m)

Courantpermanentd'alimentationen rotationlente I0 (A)

Tension dedéfinitionU(V)

Vitesse dedéfinitionN (tr/min)

Inertie durotor(kgm².10-5)

Réductionpour obtenirle couple

Vitessemaximaleentréeréducteur(tr/min)

Réductionpourobtenir lavitesse

RS110M 0.05 1.5 20.7 3000 0.24 340.0 5000 333RS120G 0.092 2.3 21.2 3000 0.41 184.8 5000 333RS130E 0.13 2.7 23.7 3000 0.58 130.8 5000 333RS210L 0.11 2.5 24 3000 1.3 154.5 5000 333RS220F 0.225 4.1 25.4 3000 1.95 75.6 5000 333RS220K 0.232 2.8 38.6 3000 1.95 73.3 5000 333

D’après document PARVEX Calculs complémentaires

Le couple nécessaire en entraînement direct est de 17 Nm pour un bras en acierSoit une puissance maximale de 26 W à l'instant où la vitesse de rotation atteint 90°. s -1.

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Pré-dimensionnementRéducteur harmonic

DriveD’après document GAMMATIC

SérieHarmonieDrive

Taille Réduction

5 50 80 1008 50 72 10011 50 72 100

Réducteursde précisionSérie HDUCmini 14 50 72 88 100 110

Vitesse maximale d’entrée (lubrification à la graisse) : 5000 tr/min

« Sous carter »

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Poulie réceptrice(Nb dents)

Pouliemotrice

(Nb dents) Estimation Normalisé

rapport pouliecourroie

10 33 32 3.212 40 40 3.314 47 48 3.418 60 60 3.322 73 72 3.324 80 84 3.5

Pré-dimensionnementPoulies courroie

synchronesLa transmission poulie-courroie doit avoir une réduction de 3,3

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Moteur RS 130E

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Vitesse de rotation en tr/min

Cm

en

Nm Limite couple pour 12V

Limite couple pour 21V


Limite couple permanent

Pré-dimensionnementLimites d ’utilisation d ’un

moteur CC

Zone de fonctionnement permanent

Zone de fonctionnement intermittent

m

2m

m

mm R

k

R

UkC

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Pré-dimensionnementLimites d ’utilisation d ’un

moteur

Le moteur s'échauffe à cause des pertes par effet joule

2m2

m

m2mj C

k

RIRP

La puissance moyenne sur un cycle est :

2therm2

m

mT

0

2m2

m

mmoyj C

k

RdtC

T

1

k

RP

Avec T

0

2mtherm dtC

T

1C le couple thermique

équivalent

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Pré-dimensionnementVérification moteur

Moteur RS 110M

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0 2000 4000 6000 8000 10000


Cm

en

Nm





Cm (Alu)

Cm (Acier)

Cm (Alu)

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. R

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AU

D

Pré-dimensionnementVérification moteur

Moteur RS 120G

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000


Cm

en

Nm

Limite couple pour 12VLimite couple pour 25V



Cm (Alu)

Cm (Acier)

Cm (Alu)

41

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Moto-réducteur de lacet

Bride

Boîtier excentrique

Poulie motrice

Roulement

Moteur Parvex

Arbre moteur

Rondelle d ’adaptation

Réducteur Harmonic Drive

Circlips

Bride

Pré-dimensionnement

42

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Pré-dimensionnementPoulie réceptrice

43

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Pré-dimensionnementÉléments pré-dimensionnés

44

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Arbre

S

R

S

S

S

Poulie fixePoulie motrice

Motoréducteur

Boîtier

Arbre

Socle

S

R

S

S

S

Chaise

S

S S S

Arr

êts

dém

onta

bles

S

Recherche d ’une solution constructiveSchémas technologiques

Ces schémas peuvent bien sur être tracés à

main levée

C - Rendre possible la comparaison entre

différentes solutions techniques à une même

fonction technique

45

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

•éléments standards

•pièces ou sous-ensembles existants

Sq

ue

lett

e v

olu

miq

ue

fo

nc

tio

nn

el

op

tim

isé

Etape 3

Squelette volumique fonctionnel

Sc

hé

ma

te

ch

no

log

iqu

e,

cro

qu

is à

ma

in

lev

ée

;

…

Etape 4

Simulations numérique

Etape 1

Mise en place des éléments connus

Etape 2

Esquisses contraintes (contours 2D)

ou

co

nc

ep

tio

n

rec

on

ce

pti

on

Du principe de solution optimisée au squelette volumique fonctionnel

Démarche de modélisation 3D d’un ensemble

46

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Démarche de modélisation 3D d’un ensembleEsquisse de conception à main levée

D - Proposer une solution constructive

47

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Démarche de modélisation 3D d’un ensembleLa conception hors assemblage

48

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Démarche de modélisation 3D d’un ensembleLa conception dans l’assemblage

49

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Démarche de modélisation 3D d’un ensembleCombinaison des modes ascendant et descendant

50

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Dessin à main levée Esquisse sur logiciel 3D Résultats

Démarche de modélisation 3D d’un ensembleModélisation d ’une pièce isolée

51

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


E - Mettre en place les éléments donnés

Modélisation dans l ’assemblage

52

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


53

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


54

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


55

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


56

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


57

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


58

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


59

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


60

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

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re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


61

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INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


62

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


63

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


64

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


65

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


F - Tracer le squelette volumique fonctionnel

66

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


• Il est possible de tracer l ’ensemble des esquisses sans générer de volume mais la lecture du résultat est difficile.• La compréhension est aisée si on génère les volumes dès que c’est possible.• Dans tous les cas, les esquisses doivent être complètement contraintes.• La robustesse de la maquette numérique est améliorée si les contraintes sont placées entre entités de construction (esquisses, axes…).

67

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Démarche de modélisation 3D d’un ensembleSimulation

Si l ’assemblage a été structuré en sous ensembles cinématiquement équivalents, alors le ré-assemblage pour faire une simulation mécanique est simple et rapide

G - Vérifier les performances et le

dimensionnement des composants

68

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

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Y J.M

. R

EYN

AU

D


La modélisation peut être faite en utilisant les liaisons cinématique minimales si on ne s ’intéresse qu ’à la transmission de puissance

69

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D


On choisira une modélisation plus détaillée si l ’on souhaite en plus calculer les charges dans les roulements...

Attention : modélisation hyperstatique. Il faut rendre la solution isostatique ou imposer une inconnue pour rendre le calcul possible.

L ’utilisation d ’une méthode appropriée est alors nécessaire pour trouver les charges axiales dans les roulements

70

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

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Y J.M

. R

EYN

AU

D


71

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Etape 2

Pièce fonctionnelle optimisée

Etape 3

Formes du brut

Etape 1

Volume matière fonctionnel de base

Squelette volumique fonctionnel

Pièce finie

Modules calculs

Procédé de fabrication et

modules métiers

Démarche de modélisation d ’une pièce Relation produit-procédé-

matériau

72

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Relation produit-procédé-matériau

Démarche de modélisation d’une pièce

Volumes fonctionnels

Brut moulé

Pièce finie

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SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

EYN

AU

D

Démarche de modélisation d’une pièce Relation produit-procédé-

matériau

H - Faire intervenir la relation produit-

procédé-matériau

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SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

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Y J.M

. R

EYN

AU

D

Démarche de modélisation 3D d’un ensemble Mise en place des éléments

d ’assemblage

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SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

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6 –

L.

LAU

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Y J.M

. R

EYN

AU

D

Modélisation de la commande

-

+ I(p)v

(p)

KE

p.LR

1

KTCI(p)

boucle de courant

p.J

1

T

Cm(p)++

Cr(p)

Um(p)

-

+Ic(p)CV

Asservissement en position de l’axePrincipe de la commande en courant

)Lp

R1(R)p(CI

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SEM

INA

IRE N

ATIO

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L PT

Cerp

et

Pari

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15

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mb

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00

6 –

L.

LAU

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Y J.M

. R

EYN

AU

D


I(p) (p)KT

p.J

1

T

Cm(p)++

Cr(p)

Ic(p)CV 1

Asservissement en position de l’axePrincipe de la commande en courant

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SEM

INA

IRE N

ATIO

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L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

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00

6 –

L.

LAU

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. R

EYN

AU

D


-

+

position bras

Cm

moteur

PID-

+c ROBOTVIRTUEL

Algorithme carte

U

Modèle simplifié dela commande en

courant du moteur Modèlenumérique 3D

Mouvement simulé

Algorithme MotionWorks

Valeurs desgrandeursmécaniques pourchaque liaison

CvI

KT

KV

Asservissement en position de l’axePrincipe de l ’asservissement virtuel

78

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

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. R

EYN

AU

D

SimulationAsservissement en position de

l’axe

79

SEM

INA

IRE N

ATIO

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Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

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. R

EYN

AU

D

SimulationAsservissement en position de

l’axe

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SEM

INA

IRE N

ATIO

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L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

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. R

EYN

AU

D

Simulation

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Temps en s

position lacet ( rad )Vitesse lacet ( rad/s )consigne en radcourant moteur en A

I - Vérifier les performances attendues. Valider les choix

Asservissement en position de l’axe

81

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

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Y J.M

. R

EYN

AU

D

Simulation

Moteur RS 120G

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000


Cm

en

Nm

Limite couple pour 12VLimite couple pour 25VLimite couple pour 33VLimite couple permanentCouple moteur simulé en Nm

Zone d ’utilisation du moteur

82

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

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Y J.M

. R

EYN

AU

D

Retour au réel Mesures sur le robot ERICC3

;--------------------------------------------------;Programme..…10. : ;Auteur .....…JMR : ;Fonction ..…Vérification performances lacet ;Dernière mise a jour : 15-12-2006;--------------------------------------------------CLOSEDELETE GATHEROPEN PROG 10 CLEAR;Paramétrage de l'accélération --------------------TS0TA355;Paramétrage de la vitesse ------------------------F90x0y0z-90u0a0x90y0z-90u0a0x0y0z-90u0a0

CLOSE

Temps d ’accélération en ms

Commande position en coordonnées articulaires (1, 2, 3, 4, 5)

Vitesse maximale en °/s

Bras tendu et perpendiculaire à l ’axe du lacet

83

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

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Y J.M

. R

EYN

AU

D

Retour au réel Mesures sur le robot ERICC3 :

90°/s

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Temps en ms

Position - Lacet deg.

Vitesse - Lacet deg./s

Consigne vitesse - Lacet deg./s

Consigne position - Lacet deg.

La consigne de position n’est pas respectée

84

SEM

INA

IRE N

ATIO

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Cerp

et

Pari

s -

15

déce

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re 2

00

6 –

L.

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. R

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D


90°/s

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Temps en ms

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Vitesse - Lacet deg./sConsigne vitesse - Lacet deg./sCourant moteur - Lacet A

Le courant sature à 1,7A et le robot n ’arrive pas à suivre la vitesse souhaitée

85

SEM

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Cerp

et

Pari

s -

15

déce

mb

re 2

00

6 –

L.

LAU

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. R

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D


90°/sMoteur RS 120G

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000


Cm

en

Nm

Limite couple pour 12VLimite couple pour 25V



Couple moteur mesuré en Nm

Le moteur est utilisé seulement dans la zone de fonctionnement permanent

86

SEM

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IRE N

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L PT

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et

Pari

s -

15

déce

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00

6 –

L.

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. R

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D


40°/s

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Temps en ms

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Vitesse - Lacet deg./s Consigne vitesse - Lacet deg./s Courant moteur - Lacet A

La consigne est respectée

Les liaisons ne sont pas parfaites : courant dû aux frottements

87

SEM

INA

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ATIO

NA

L PT

Cerp

et

Pari

s -

15

déce

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re 2

00

6 –

L.

LAU

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. R

EYN

AU

D

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Position lacet en deg

Co

ura

nt

mo

teu

r en

A

Courant moteur - Lacet A


40°/s

Les liaisons ne sont pas parfaites : courant dû aux frottements

J - Identifier les écarts et recaler les modèles

88

SEM

INA

IRE N

ATIO

NA

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et

Pari

s -

15

déce

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re 2

00

6 –

L.

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Y J.M

. R

EYN

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D

Éléments de conclusion

L’automatique et la mécanique au service de la conception des systèmes industriels

La modélisation fonction du point de vue et du problème posé.

La simulation numérique encadrée par une analyse préalable du problème et une validation terminale des résultats.

Un support industriel riche et contemporain pour enseigner …

89

SEM

INA

IRE N

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NA

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et

Pari

s -

15

déce

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00

6 –

L.

LAU

NA

Y J.M

. R

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AU

D

« Les excès novateurs de la veille étonnent toujours par leur timidité. »

Paul Valéry

Bibliographie

Séminaire du nouveau référentiel BTS CPI - Albi décembre 2004 Séminaire des corps d’inspection - Clermont Ferrand avril 2003 Stage Liesse - Angers mai 2003 Stage Liesse - Clermont Ferrand mai 2001

Avec la collaboration précieuse et complice

de Jacques DURAND.

1 SEMINAIRE NATIONAL PT Cerpet Paris - 15 décembre 2006 S.I.I. ET DEMARCHE DE CONCEPTION...

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