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Projet grand robot grimpeur d'escalier

Robot Escalier Base

4 réponses à ce sujet

#1 Clément Merlo

Clément Merlo

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Posté 17 septembre 2014 - 06:35

Bonjour à tous !
 
Voila, j'ai commencé il y a peu un gros projet pour faire à terme un robot de grande dimension afin de tester dessus différents programmes d'intélligence articielle que j'ai commencé à déveloper sur une base virtuelle.
 
J'ai fini la partie mécanique de la base roulante du robot, elle est un peu complexe car je veux qu'il puisse monter et descendre des escaliers, y compris des escaliers qui tournent pour qu'il puisse faire le meme parcours qu'un humain
Monter des escaliers droits, des chenilles suffisent, mais quand l'escalier tourne, les chenilles doivent obligatoirement être articulées de manière assez complexe, et puis le résultat n'est pas très stable.
 
Comme je n'ai pas la prétention de réaliser un robot de grande taille bipède , j'ai finalement trouvé une solution sympatique.
Alors j'ai ensuite cherché s'il y avait des précédents pour un tel système, j'ai trouvé que ça :

On dirait d'ailleurs que le projet n'a pas abouti commercialement, surment trop de méfiance coté utilisateur.
 
Bref le système est simple, le robot d'habitude sur 4 roues bascule son poids a l'arrière ( ou a l'avant ), une fois que le poids est entièrement réparti sur les deux roues, on active le programme de robot a pendule inversé avec gyroscope/acceleromètre, puis on peut continuer la rotation des roues, le système de pendule inversé maintient la stabilité.
De cette façon le robot peut gravir des marches en prenant appuit sur le pas de la marche suivante, et si l'escalier tourne, il peut également tourner legerement entre chaque marche avant de recommencer l'opération.
 
Niveau réalisation je compte équiper le robot d'un capteur de distance qui pivote sur un servomoteur afin de prendre une " image " de chaque marche pour que le robot sache avec précision l'angle d'attaque etc...
 
J'ai tout juste fini ma conception mecanique de la base et je veux vous en faire part pour d'éventuelle remarque, vu que je ne suis pas un professionnel de la mécanique, j'aurais d'ailleurs quelques questions à la fin du sujet.
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Alors mécaniquement, j'ai choisi un système de courroie crantée pour un gain de place afin de situer les moteurs dans le corps du robot, la courroie centrale mène directement a une poulie solidaire à la base avec les roues, les courroies de propulsion mènent aux roues gràce à un axe creux ( creux parce que à l'intérieur de cet axe passe l'axe solidaire à la base ).
Je précise que chaque poulies, roulements, courroies et moteurs utilisés existent et leurs références rentrent dans mon budget.
 
Les dimensions a peu près de la base c'est 30x30, et j'ai pris comme poids maximum du robot 10kg ( peut etre un peu exagéré, c'est pour être sur que je puisse mettre ce que je veux comme electronique embarqué / futur moteur )
 
La ou je me suis le plus posé de question c'est donc pour faire tourner la base ( courroie du milieu ) j'ai un motoreducteur 24V, 2A, courant nominal 2A, couple nominal 6N.m qui tourne a 25 tr/min.
Pour soulever le robot a bout de roue, j'ai calculé qu'il me faut une force de 15 Nm.
A l'axe de sortie du motoreducteur un engrenage module 1, 18 dents
Cet engrenage entraine un engrenage de 30 dents de même module, le couple est du coup de 6* (30/18) = 10 N.m qu'on passe a 9N.m en comptant les pertes. et la vitesse de 15 tr/min.
Solidaire a l'engrenage de 30 dents, une poulie AT5 de 12 dents, qui reçoit une courroie AT5 de 32mm de largeur qui peut transmettre une force de 2250N ( soit environ 500-700 N de marge par rapport à la force exercer sur la courroie )
La courroie entraine une autre poulie AT5 de 24 dents qui sera solidaire de ma barre basse, elle transmettra un couple de 9*(24/12) = 18N.m qu'on passe a 16,2 N.m en comptant les pertes. avec du coup une vitesse de 7,5 tr/min.
 
Avec les références de la courroie, j'ai pu obtenir sa caractéristique, elle peut transmettre une charge de 1700 N et l'effort tangeancielle à la sortie de ma petite poulie est de 1500N donc apparament, ça passe.
 
Que dire de plus, mes poulies crantés sont en alu, l'engrenage en acier.
 
Alors je demande des avis, car j'ai quand même quelques incertitudes :
 
- J'ai pris des tensions ( mecanique ) en fonctionnement classique, j'ai pas prévu les accoups donnés par les moteurs, ne seront-ils pas trop importants et risquent de faire casser la courroie ?
- L'utilisation de courroies pour la propulsion : on m'a certifié que ces courroies ne sont pas du tout élastique, mais vu qu'il fonctionnera en pendule inversé entre le moteur et la roue il me faudra une grande réactivité / précision est ce que je pourrais l'avoir avec des courroies ?
- Pour des raisons de conception, ma poulie coté corps qui transmetra l'énergie pour faire tourner la base est très petite ( 12 dents, ça me fait environ 2 cm de diamètre ). Mecaniquement je vois pas ou est le problème mais il peut y en avoir un !
- Le choix du module 1 et du pas des courroies ( 5 mm ) est il judicieux ?
 
- Puis je fabriquer des pièces suffisament résistantes avec une bonne imprimante 3D ? ( ma fac en a une pas trop mal, ou je peux demander à des professionnels )
 
Voila, j'attends vos réactions avec impatience, parce que je répète je ne suis pas si bon en mécanique, c'est un gros projet qui me trotte dans la tête, et j'ai tendance à faire des plans sur la comette alors que peut être bien vous allez me pointer un aspect qui rendrait la réalisation de ce projet trop périeuse voir ridiculement infaisable.

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  • Projet grand robot grimpeur d'escalier.jpg
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#2 R1D1

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Posté 17 septembre 2014 - 07:48

Salut !

 

Joli projet ! Ambitieux, mais il faut bien viser haut :)

Je ne suis pas du tout mécanicien, donc je  ne peux pas t'aider de ce point de vue là, cependant une question : as-tu envisagé une solution de type quadrupède (ou en tout cas avec assez de pattes pour assurer un équilibre sans effort, je parlerai de quadrupède+ pour 4 pattes ou plus), avec éventuellement des roues au bout des pattes ? Le quadrupède+ est capable de franchir des obstacles en les enjambant, et avec des roues, tu peux définir une position sur sol plat qui reviennent à une voiture. Le projet que tu montres me semble un peu limite pour gérer les escaliers.

 

En tout cas, bonne chance ! :)


R1D1 - Calculo Sed Ergo Sum -- en ce moment, M.A.R.C.E.L.
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#3 Clément Merlo

Clément Merlo

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Posté 17 septembre 2014 - 08:12

Salut à toi et merci !

 

J'ai d'ailleurs penser à ça à la base, de faire comme sur mon projet ( cad des roues qui tournent sur un axe ) mais avec du coup 8 roues et sans le système de pendule inversée. Mais pour les escaliers tournants il faut qu'en plus l'axe des roues puissent être modifié. Et l'idée m'est venu comme ça, pourquoi pas suprimer les 4 roues arrières et faire en sorte qu'il puisse tenir droit en soulevant son poids. Quand j'ai vu les démos du fauteuil roulant ça m'a encouraté à le déveloper. ( surtout que si en plus je veux faire un corps humanoïde, il peut prendre de la hauteur avec ce système, ce qui est plutot sympa )

 

Puis j'ai déjà travaillé avec un gyroscope/acceleromètre mais c'était un robot à pendule non inversé mais je pense que le système de pendule inversée ne doit pas être beaucoup plus complexe.

 

J'ai fait un peu des tests avec un modèle en carton ( il faut ce qu'il faut ) avec mes dimensions je peux monter une marche de 20cm de haut et de 10 cm de largeur de pallier. Enfin si ça marche !

Après, si je réussis a être stable sur la partie pendule inversée et qu'il se soulève correctement, alors normalement le système est fiable. L'idée c'est pas faire un tout terrain, mais plutot un tout-humain qui puisse aller ou les gens normaux peuvent accèder

 

EDIT : Oh et puis j'y pense :

Finalement mes deux intérrogations les plus importantes sont : est ce que je ne vais pas avoir de jeu d'elasticité avec les courroies qui nuirait fortement à la stabilité de mon pendule inversé ( par manque de réactivité du coup )
Et est ce que avec les puissances que j'ai calculé mon système de rotation va tenir ?

D'ailleurs pour cette histoire d'élasticité, il n'existerait pas des petites chaines ? bien tendu il y aurait vraiment pas de jeu ( mais beaucoup plus de frottement je suppose )

Pour les courroies, j'avais un élément de réponse la dedans :
 

Fichier joint  4_chapit.pdf   898,21 Ko   1608 téléchargement(s)

 

Je vais essayer de chercher si ça n'apporte pas une réponse ( même si je n'ai clairement pas le niveau mathématique, boh je sors d'une prépa, rien peut m'arriver :) )

Fichier(s) joint(s)

  • Fichier joint  4_chapit.pdf   898,21 Ko   1608 téléchargement(s)


#4 Mike118

Mike118

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Posté 19 septembre 2014 - 12:38

Salut,

Joli projet que tu as là ! Et fort intéressant en plus ! 

Pour répondre à quelques une des tes interrogations : 
Déjà je te suggère d'avantage les courroie cranté que les chaînes : moins d'entretien, même " réactivité / précision " , résitance mécanique un peu moindre mais, si ça te rassure, dans les voitures on parle bien de courroie de distribution ;) Donc dans ton cas des courroies crantées me paraissent tout à fait adaptées.

 

De plus concernant les risque de casser la courroie : 

 

Si tu découpe une courroie tu verras qu'elles ne sont pas "pur" mais sont "composite" en effet elles présentent entre autre une armature interne composé généralement de filin d'acier  qui les rend très résistante et qui réduit énormément leur caractère élastique 

13_aufbau_zahnriemen.png

 

Pour la résistance des pièces en imprimente 3D "classique" si tu veux faire une étude précise de RDM je peux éventuellement te fournir une étude faite dessus ...
Par contre si tu souhaites faire des pièces qui doivent résister à 100Kg et plus, à moins de faire des pièces bien épaisse, je te déconseille l'impression 3D " traditionnelle ". Par contre pour des charge plus faible dans le cadre plus d'un prototype de démonstration ( pas pour supporter le poids d'une personne en continu ) ça me  parrait tout à fait envisageable, après à toi de dimensionner correctement tes pièces !  

Bref à bientôt pour la suite ;) Personnellement je vais suivre ton projet ;) n'hésite pas à reposer des questions sur ce que je t'ai dis ou bien à reposer les questions aux quel je n'ais pas répondu ! ;)


Si mon commentaire vous a plus laissez nous un avis  !  :thank_you:

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#5 Clément Merlo

Clément Merlo

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Posté 19 septembre 2014 - 11:56

Tout d'abord merci de l'intéret que tu prettes a mon projet :)

 

Pour ce qui concerne la propulsion des roues, c'est vrai qu'entre ton témoignage et mes recherches, je lis que ce type de courroie est très résistante et qu'il n'y a pas de jeu élastique. Mais la ou je flippe surtout c'est que je n'ai jamais réellement asservi de robot à pendule inversé, et je suppose que la clé c'est d'avoir une réaction très rapide des roues pour avoir le plus de stabilité possible.

Mais comme rien n'est parfait, il va y avoir du jeu ( rien que par rapport à l'elasticité des dents ) ou alors par exemple ( ici : Fichier joint  p1945.pdf   186,08 Ko   505 téléchargement(s)) je lis qu'il existe sur les poulies standarts un jeu dit " jeu fonctionnel " et que du coup il y a des poulies " sans jeu ".

( Bon chez ce fournisseur, ça fait 40-70€ la poulie sans jeu, bon ... c'est pas tout mais je suis pas millionaire :( )

 

Du coup, vu qu'il y a ( à peu près ) 40 cm de courroie ( une de 15, une de 25 ) entre le moteur de propulsion et la roue, est ce que je vais pas obtenir trop de jeu pour faire fonctionner correctement un pendule inversé  ? ( surtout que s'il doit monter des escaliers, ça serait génant que même si aucunes forces externes ne s'appliquent, le robot se mette à trembler sur 3cm d'amplitude parce qu'il n'arrive pas à corriger assez rapidement son angle )

 

 

Pour ce qui est du système rotatif de la base ( la ou avoir du jeu n'est pas trop important ) finalement ma seule intérrogation c'est de savoir si ma poulie coté corps d'un diamètre ridicule ( 1.8 cm de Diamètre si je me souviens ) est apropriée ?

Sinon pour ce qui est de la réalisation des pièces, je compte pas mettre une personne sur mon robot ( quand je vois le moteur que j'ai du sortir pour soulever 10kg, soulever 100kg ça doit être une turbine nucléaire au moins :P ).

Donc mon objectif c'est 10kg de masse maximum sur le projet.

Pour la résistance, j'aimerais effectivement bien savoir comment calculer la résistance d'une pièce faite en imprimante 3D, je vais me documenter la dessus ( et sur la résistance d'une pièce tout court aussi ). Parce que soucieux, vous voyez que pour l'armature de mon corps, ( en gris foncé ) j'ai mis des pièces a 12mm d'épaisseur :D Je pense que j'ai été un peu fou et que je devrais revoir toutes les épaisseurs de mes pièces à la baisse ( voir les ouvrir ).

 

Voila pour le moment je vais vraiment me documenter sur le calcul de résistance mécanique de pièces, et aussi sur différent projet de robot à pendule inversé pour voir les résultats qu'ils ont obtenu avec tel ou tel moteur / engrenage / jeu.

J'accepte toute aide pour m'aider dans ses recherches :)





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