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Bûcher robotisé


30 réponses à ce sujet

#1 danielc

danielc

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Posté 04 novembre 2018 - 12:29

Bonjour tout le monde,

 

Bien entendu, quand je parle de bûcher, ce n'est pas pour faire griller les hérétiques, mais l'endroit où je range mon bois de chauffage :)

Ce projet ne sera pas réalisé tout de suite (pas de budget pour l'instant) mais ça me donne le temps d'y réfléchir tranquillement. J'ai déjà trouvé un bon nombre de solutions, mais j'aimerais vos avis et également votre aide pour les calculs de puissance des moteurs.

 

L'objectif : ne plus avoir à déplacer 25 stères de bois (un peu plus de 12 tonnes) 2 fois par saison (livraison + utilisation).

 

Le concept actuel (désolé ça va faire pas mal de lecture :)):

Le bois est rangé dans des conteneurs dédiés, en forme de palette, mais avec des montants verticaux pour tenir les bûches, et un système d'accrochage en partie supérieure pour le (dé)chargement de la remorque de livraison. Les conteneurs peuvent recevoir un stère, donc font un mètre au cube, plus le piétement. Pour info, ils seront conçus pour que mon fournisseur puisse y faire directement la recoupe des morceaux d'un mètre en 50 cm. On part donc sur un poids d'environ 600 kg, bois plus conteneur.

Les conteneurs sont déplacés par un chariot du style trans-palettes réduit à sa plus simple expression : lever le conteneur d'un cm pour le déplacement, et le déplacement du point de livraison vers l'espace de stockage, puis vers la maison. A l'issue de ce dernier trajet, le chariot reste sous le conteneur jusqu'au trajet suivant.

L'espace de stockage sera une dalle de béton au-dessus de laquelle je vais construire une cabane de jardin, que j'aimerais surélever le moins possible, donc je cherche à avoir un chariot de transport le moins haut possible.

Ce chariot sera très probablement piloté par une Arduino et guidé par des fils enterrés. Mais je pense que rajouterai plus tard un pilotage manuel par télécommande sans fil. Il fonctionnera sur batterie, rechargeable sur secteur, mais pourquoi ne pas envisager ultérieurement un panneau solaire...

Ce chariot fera une 50aine de trajets par an, d'environ 20 m chacun, ce qui n'est pas énorme. Au plus fort de l'hiver ça fait un déplacement par semaine, sauf si livraison auquel cas on rajoute 6 trajets.

Vous allez dire que la masse à bouger est énorme, mais en contre-partie la durée du déplacement peut être d'une heure, ça n'a aucune importance, ce qui permet d'envisager des démultiplications importantes. De plus, le chemin de roulement sera bien plan et de niveau, pour limiter les résistances.

Les déplacements se feront en lignes droites avec 2 ou 3 virages à 90°, mais il faut aussi que le chariot puise faire un demi-tour sur place. En effet, le conteneur sera placé à proximité de la porte d'entrée, positionné de façon à être protégé des vents dominants, mais comme il contient en réalité non pas un stère mais deux fois une demi-stère, je veux qu'une fois que j'ai vidé un côté il me présente l'autre.

 

Bon je crois que j'ai tout dit, hormis le fait que le chariot sera équipé de protection anti-intempéries, mais ça c'est cosmétique :)



#2 danielc

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Posté 04 novembre 2018 - 12:41

Maintenant les pistes que j'envisage.

 

J'ai deux choses à faire d'un point de vue mécanique : lever et déplacer.

Puisque je ne suis pas limité par la durée de l'opération, je démultiplie à fond.

 

Pour la levée, une tige filetée de 100 cm avec une pente de 1 % me semble la bonne solution. Ou plutôt 4, une par coin de conteneur, du coup on ne doit plus déplacer que 150 kg par moteur, donc 1,5 kg avec la réduction. Est-ce que je me trompe ?

 

Pour le déplacement là je suis hésitant : est-ce que 4 roues motrices sont la bonne solution ? Est-ce qu'un système vis sans fin engrenage est une bonne solution de démultiplication ?

 

Et surtout je ne sais pas comment calculer la puissance nécessaire pour les moteurs... Comme je l'ai dit plus haut, je voudrais avoir quelque chose de très peu encombrant en hauteur. Et avec un budget raisonnable.

 

Donc j'espère quelques retours sur ce projet, qui pourrait en intéresser plus d'un AMHA...



#3 levend

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Posté 04 novembre 2018 - 01:59

Personnellement pour lever 600kg je partirais plutôt sr de l'hydraulique, c'est plus compliqué mais pas beaucoup plus cher.

Après, quand je vois ça, qui lève jusqu'à 400kg je me dis que ça peut être compliqué pour 600kg même si tu ne soulèves que de 3 ou 4cm, mais pas infaisable.

 

As-tu des photos ou des plans de tes conteneurs ?

Combien stockes-tu de conteneurs à la fois ?


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#4 danielc

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Posté 04 novembre 2018 - 03:09

Le nombre de conteneurs n'a pas d’importance AMHA, c'est juste une question spatiale du stockage qui sera gérée par la carte contrôleur. Si j'ai raté une étape tu me le dis.

J'ai commencé à modéliser un plan de conteneur, je peux faire passer un stl si besoin, mais mon pb immédiat est comment je bouge tout ça.

Je redis mon idée pour le déplacement vertical  : je fais tourner une vis d'une longueur de 1 m laquelle déplace un chariot sur roulements à billes sur un rail ayant une pente de 1%. Au bout d'un mètre le chariot aura monté d'un cm.

Si je prends un moteur de 35 W tournant à 4300 t/mn avec un couple de 90 N*m et avec une tige filetée M8 j'aurai un déplacement linéaire de 87,5 mm/s, d'une durée de 11,4 s, donc une vitesse verticale de 0,875 ce qui me donne au final une puissance moteur requise de 52,5 W, donc je n'ai même pas besoin de 4 moteurs mais seulement de deux ?



#5 levend

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Posté 04 novembre 2018 - 05:35

En fait pour moi, si tu as au moins deux conteneurs en stock tu ne laisseras pas le robot (ou chariot) sous le conteneur que tu videra pour te chauffer sinon il pourrais être gênant.


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#6 danielc

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Posté 05 novembre 2018 - 09:09

Bien au contraire !

Comme dit plus haut, le chariot est équipé de protections anti-intempéries, pas les conteneurs. Donc il faut qu'il reste en place, et de plus ça évite de prévoir un endroit pour le ranger.

Je vais essayer d'expliquer simplement ce à quoi j'ai pensé.

Le chariot est une structure cubique qui vient se positionner autour du conteneur.

Par rapport au sens de déplacement, les faces arrière et supérieures sont équipées de protections fixes, les faces latérales et avant de doubles portes battantes. Les latérales pour décharger le bois (fermées par défaut), l'avant pour pouvoir rentrer le conteneur (ouvertes lors de la prise en charge du conteneur, fermées le reste du temps).

Une fois le conteneur levé et la moitié du déplacement de sortie de l'espace de stockage effectué, les portes avant se referment.



#7 Forthman

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Posté 05 novembre 2018 - 11:40

Je ne comprends pas "une tige filetée avec une pente de 1%" tu parles du pas ? ou de l'inclinaison de la vis ?

Le plus simple à mon avis est de faire un système avec des bielles (parallélogramme) piloté lui par une vis, ou

un système de ciseaux (comme une table élévatrice)



#8 danielc

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Posté 05 novembre 2018 - 12:03

Bon je vais essayer d'être plus clair, je suis allé un peu vite je l'avoue.

La contrainte principale est d'avoir les moteurs les moins puissants possibles, pour des raisons de coût mais aussi d'encombrement, donc je me demande si mon idée a du sens. Ensuite un encombrement vertical le plus petit possible, et enfin pour des raisons d'équilibre je pense qu'il faut lever les 4 coins simultanément.

Le chariot a un guide incliné à 1%, à savoir qu'une extrémité est plus basse d'un cm sur une longueur d'un m. Dessus coulisse un chariot avec 2 roulements à billes qui s'appuient sur le guide et un au-dessus qui se déplacera sur la base du conteneur. En fait le guide fera 95 cm seulement pour avoir une partie plane de 5 cm ce qui permettra de ne plus solliciter les moteurs une fois le conteneur soulevé.

Avec une tige en M8 donc pas de 1,25 je calcule une vitesse linéaire horizontale de 87,5 cm.s-1, donc verticale de 0,875 cm.s-1, et il faudra 11,;4 s pour faire le déplacement. Je pense que ça c'est juste.

C'est pour la suite que je suis plus hésitant. Avec 4 moteurs chacun doit lever 150 kg mais puisque le moteur travaille en horizontal et non vertical, je suppose que ça divise la force, mais est-ce du même rapport 1/100 ou pas ? Du coup quelle puissance est nécessaire par moteur ? Et en plus je me demande quelles seront les résistances dues au frottement vis/écrou.

Si mon idée n'est pas totalement stupide, ce serait une solution idéale pour moi.



#9 Forthman

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Posté 05 novembre 2018 - 02:39

c'est un truc comme ça que tu imagines ?

Capture d’écran_2018-11-05_14-34-11.png

 

je ne pense pas qu'il faille faire une pente sur 1 mètre, les frottements de la vis vont largement surpasser le bénéfice de la démultiplication

 



#10 danielc

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Posté 06 novembre 2018 - 07:32

Effectivement ça ressemble à ça, sauf que la partie supérieure n'a pas de pente. Tu es certain que les frottements seront à ce point importants ? C'est quand même bien ce principe qui est utilisé pour les CNC...



#11 Forthman

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Posté 06 novembre 2018 - 10:35

Je veux dire qu'il y a une longueur de vis maxi pour laquelle l'effort pour lutter contre les frottements vis/écrou

devient supérieur au bénéfice de la démultiplication.

 

Une tige filetée classique n'est pas faite pour faire du déplacement mais du serrage, l'état de surface

n'est pas adapté au glissement. l'idéal est de partir sur de la vis trapézoïdale ou à billes (je déconseille fortement les billes en usage extérieur)

 

Par contre, avec les valeurs annoncées 87.5mm/s, avec un pas de 1.25mm ça fait quand-même du 70 tours/sec soit plus de 4000 tours /minutes

et là clairement la vis ne supportera pas (tu peux espérer aller jusqu'à 300trs/min avec une vis bien lubrifiée)



#12 danielc

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Posté 06 novembre 2018 - 10:42

OK là j'ai tout compris. Je vais refaire mes calculs en partant du principe que j'ai une démultiplication avant la vis, mais quelle est sa longueur idéale selon toi ?



#13 danielc

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Posté 06 novembre 2018 - 12:09

Je suis parti sur une longueur de vis de 500 mm, au pas de 2 mm. Et je divise la vitesse des moteurs par 15 avec un engrenage (soit 287 t.s-1), et j'utilise 4 moteurs de 35 W et 90 N*m, Du coup la durée du déplacement horizontal passe à 51,2 s, ce qui ne me dérange pas.

 

Maintenant j'ai quelques autres questions, qui vont probablement paraître stupides, mais ne pas oublier que mes cours de physique remontent à 1972, et que de plus je n'ai jamais étudié les moteurs électriques (ni autres, d'ailleurs).

Si je veux lever une masse de 600 kg, et que je le fais avec un moteur à chaque coin, je suppose que chaque moteur ne lève que 150 kg ?

Si je prends une vis de 500 mm, j'aurai une pente de 2%, donc un angle tellement faible que la tangente et le cosinus seront quasiment identiques. Puis-je alors considérer que la force horizontale à exercer sera égale à 2% de la force verticale ?

Par ailleurs, la réduction de la vitesse de rotation du moteur de 1/15 impacte de quelle façon la puissance et le couple en sortie de réducteur ?

 

En résumé, comment calculer si mes moteurs feront le boulot ?



#14 Forthman

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Posté 06 novembre 2018 - 12:12

Bien c'est un tout, il faut voir le type de vis (si ton système doit fonctionner un minimum de temps prévois de la trapézoïdale)

comme tu as estimé le temps pour lever 1cm à 10 secondes (perso je lèverais de 20 ou 30mm car 1cm ça fait pas beaucoup même sur sol plat)

avec le pas, tu vas déjà pouvoir connaître la vitesse de sortie de tes motoréducteurs



#15 Forthman

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Posté 06 novembre 2018 - 12:16

on s'est croisé :crazy:

 

Alors la puissance ne change jamais car c'est le couple * la vitesse.

Et oui, si tu veux lever de 1cm une charge en faisant un mouvement de 10cm on peut dire que tu divises l'effort d'autant

(et la vitesse également)



#16 danielc

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Posté 06 novembre 2018 - 05:34

Cette ambivalence puissance-couple me perturbe beaucoup, et je n'arrive pas à faire un calcul qui ne me donne pas un résultat irréaliste, enfin intuitivement.

Quels que soient la puissance ou le couple du moteur, si je mets 4 moteurs, puis un réducteur au 20e (j'avais dit 15e mais ça arrondira les calculs) puis que ma vis trapézoïdale réduise encore au 25e (hé oui  je tiens compte de ton avis, je lève de 2 cm et non 1) cela veut dire que la force à exercer pour lever une masse de 600 kg, soit 6000 N (j'arrondis aussi g) est réduite à 6 N par moteur ?

Et là pour avoir la puissance des moteurs je fais comment ?

Pour calculer le couple il me faut une longueur de bras de levier si je ne m'abuse ? Mais lequel ?

Et pour passer à la puissance, la vitesse est laquelle ? Celle nominale du moteur, disons 6000 t/mn, ou celle du déplacement linéaire, 10 mm/s ?

Merci beaucoup pour ta patience :)



#17 Forthman

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Posté 06 novembre 2018 - 10:30

Dans un monde sans frottements et en partant du postulat que 1 Watt permet de lever de 1 mètre une charge de 1 Newton en 1 seconde

alors pour lever 6000N de 2cm en 10 secondes il faudrait donc  12Watts

Mais il y a du frottement dans une vis... et pas qu'un peu

 

un petit lien vers un pdf qui sera utile ;-) : http://smarthost.maedler.de/datenblaetter/trapezgewinde_fr.pdf



#18 arobasseb

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Posté 09 novembre 2018 - 12:49

Et pourquoi ne pas faire des containers à roue, et juste un robot de traction ?

#19 danielc

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Posté 09 novembre 2018 - 05:56

C'est effectivement une autre solution possible, que je n'avais pas envisagée. Et, désolé, j'y vois plusieurs inconvénients.

1 : j'aurai à terme 24 conteneurs ce qui veut dire acheter 100 roues (96 pour les conteneurs plus 4 pour le chariot) et non 4.

2 : le chariot devra rentrer le conteneur vide en marche arrière. Qui est capable de robotiser un chariot manœuvrant une remorque en marche arrière ? En tout cas pas moi :)

3 : le chariot pèsera quasiment rien mais il devra tracter plus d'une demi-tonne. Il patinera fatalement, alors que s'il pèse une demi-tonne non.

 

Merci quand même pour la suggestion.



#20 levend

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Posté 09 novembre 2018 - 08:17

Personnellement j'étais parti sur l'idée d'un transpalette manuel transformé en mettant une motorisation (pour le levage je n'ai as fait de calcul :( ) mais ton histoire de protection des intempéries, je ne vois pas trop comment ru veux faire, même si je comprends l'utilité.

 

1 - C'est sûr que ça fait beaucoup de roues

2 & 3 -  ce n'est pas un problème de faire un robot manœuvrant une remorque,plus compliqué c'est qu'il fasse seul, un robot (télécommandé) qui tire 1/2 tonne c'est de la rigolade ceux qui déplace les caravane sont prévu pour plus que ça, et j'en ai un en projet. Ce que je veux dire  c'est que d'un point de vue mécanique un robot qui tire 1/2 c'est faisable avec le prix : les moteur adaptés coûte assez cher.


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