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Conseil pour fabrication banc de test d'adhésion


16 réponses à ce sujet

#1 Floamb

Floamb

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Posté 15 octobre 2020 - 08:36

Bonjour à tous,

Je me suis lancé dans la fabrication d'un banc pour effectuer des tests d'adhésion sur des revêtements. Ce test doit suivre une norme bien spécifique, si spécifique que je ne trouve pas de matériel dans le commerce . :no:

Alors voilà : il s'agirait de fabriquer une plateforme qui se déplacera sur un seul axe, sur cette plateforme je viendrai coller des sortes de plots et le mouvement de la plateforme entrainera les plots vers un cylindre relié à un dynamomètre. Le but étant de mesurer la force nécessaire à décoller le plot de la plateforme.

 

J'ai pensé à fabriquer une sorte de cadre avec des profilés en aluminium sur le quel la plateforme mouvante roulera vers le dynamomètre. Sur cette même plateforme je viendrai fixer un moteur à pas muni d'un pignon qui viendra interagir avec une crémaillère sous cette plateforme ( j'aurai prévu une fenêtre ou autre chose ). Ce moteur sera lui même commander par un variateur.

 

Car je sais que mes explications me semblent clair mais ne le sont pas forcément je vous joint un petit schéma en vue du dessus :)

 

 

 

C'est tout à fait simple dans l'idée mais j'ai quelques problèmes qui sont les suivant :

 

- J'ai besoin d’appliquer une force constante sur mon plot, à savoir environ 4.5N.s-1 et je ne sais pas comment choisir mon moteur en fonction de ça. J'ai par exemple trouver un moteur à pas dont la fiche technique m'affiche une "max axial force" de 10N mais je ne suis pas certain qu'il s'agisse de la même chose.

 

-Je ne suis pas certain de savoir choisir un variateur en fonction de mon moteur... :unsure:

 

- Les fiches techniques des crémaillères parlent de "pitch module" ( module de pas ? :unsure: ) et je ne sais pas trop à quoi ça correspond.

 

Enfin voilà, si vous avez une réponse ou même simplement une remarque je suis tout à fait preneur :D.

 

Bonne journée à vous.

 

Florian

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  • Plan banc test pseudo barnacle.jpg


#2 Ludovic Dille

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Posté 15 octobre 2020 - 02:34

Hello,
Alors tout d'abord une Force c'est bien en Newton et donc tes N.s⁻¹ sont étrange. Ce qui va t'intéresser pour choisir ton moteur c'est son couple et sa vitesse. Le couple t'indique la force que tu peux exercer avec un bras de levier d'un mètre. Le produit couple * vitesse va te donner la puissance mécanique de ton moteur. Cette puissance va rester globalement constante (si tu alimentes ton moteur de la même façon). Par contre tu risques de trouver un groupe (couple, vitesse) qui ne convient pas à ton utilisation, pas assez de force et vitesse trop grande. Ce que tu peux faire c'est rajouter une boite de vitesse (gearbox) pour diminuer ta vitesse et augmenter ton couple. Pour calculer la force tu dois connaitre le coulpe de ton axe de sortie et le rayon de ta roue dentée qui ira avec ta crémaillère:
F = C / r

(comme dis plus haut le couple c'est la force que tu vas pouvoir appliquer avec un bras de levier d'une certaine longueur, ici r). Dans une datasheet le couple est noté en N.m ou bien mN.m
Le maximal axial force c'est la force que tu peux exercer sur l'axe du moteur sans l’endommager.

2) On pourra choisir ton variateur (de vitesse je suppose) quand on tu auras trouvé ton moteur.

3) En gros dans les roues dentées et les crémaillères tu as plusieurs paramètre géométrique. Le "pitch" c'est le pas que tu vas avoir entre 2 dents. Quand tu choisis un couple de roues dentées et crémaillère tu vas vouloir à ce qu'elles aient le même pitch ou le même module.

Ludo



#3 Floamb

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Posté 16 octobre 2020 - 12:47

Bonjour Ludo et merci pour ta réponse.

Je me suis très mal exprimé et ton commentaire m'a permis de me rendre que moi même je saisissais mal les exigences de mon futur système.

Le but de mon banc de test est de mesurer la force nécessaire pour décoller mon plot de la surface sur laquelle il est attaché. Pour cela je dois donc lui appliquer une force croissante. Cette force devra donc croitre au rythme de 4.5N.s-1. Cela implique que je devrais pouvoir faire varier la vitesse (ou le couple ?) de mon moteur au cours du temps.

J'ai besoin de pouvoir appliquer une force allant de 0 à 150N, pour être sûr que j'ai bien compris est ce que tu pourrais me confirmer mon calcul suivant ?

Pour que F=150N avec un pignon de rayon r=25mm

F = C/r

<=>C = F x r

<=>C = 150 x 0,025

<=>C = 3,75 Nm
J'aurais donc besoin d'un moteur offrant un couple de maintient supérieur ou égal à 3.75Nm, c'est bien ça ?

 

En ce qui concerne le rayon du pignon il faut le considérer du centre jusqu'à la base des dents ou bien jusqu'à leur sommet ?

Ps : j'ai voulu insérer un petit schéma que j'avais fais pour plus de clarté mais le forum m'interdit de le faire, savez vous comment faire ?

 

Bonne journée,


Florian



#4 Ludovic Dille

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Posté 16 octobre 2020 - 02:32

Hello,

Pour ton calcul c'est bien cela. Pour ton pignon l'effort est transmis au niveau.
Ici dans ton cas le mieux c'est de prendre entre ton centre et la base de tes dents (normalement on utilise le "pitch" circle) pour ajouter un facteur de sécurité. Et je dirais même que j'ajouterais un facteur de sécurité pour être certain d'avoir un moteur suffisamment puissant.

Normalement tu peux directement upload des images sur le forum mais si ça ne marche vraiment pas tu peux utiliser un hébergeur exetrne :)

Ludo



#5 Sandro

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Posté 16 octobre 2020 - 05:49

Bonjour,

pour compléter, il te faut un couple utile correspondant à au moins ce que tu as besoin.

 

Pour un moteur pas à pas : le couple de maintient correspond au couple qu'il faut exercer sur le moteur pour le faire tourner horaire quand le moteur force de toute sa puissance dans le sens antihoraire (ou vice versa). Ce couple est souvent beaucoup plus élevé que le couple utile (ie ce que le moteur pas à pas peut exercer pour faire tourner une charge).

 

Pour un moteur à courant continue, on parle plutôt de couple de bloquage (stall torque), ce qui correspond au couple (théorique) qu'exercerait le moteur si on bloque entièrement sa rotation. En pratique, dès que le moteur prend sun peu de vitesse, le couple est bien moindre. De plus, la plupart des moteurs surchauffent lorsqu'ils sont ainsi bloqués (ou presque), entrainant ainsi leur destruction plus ou moins rapide (quelques secondes pour certains, plusieurs minutes pour d'autres) d'un bon nombre de moteurs (certains y résistent, voir sont même conçu pour, mais dans le doute, mieux vaut s'abstenir).

 

Globalement, je te conseille de ne pas prévoir d'utiliser un moteur au delà du couple nominal (même si le couple nominal n'est qu'un couple auquel tu as à la fois une vitesse et un couple donné, et que ce n'est pas une limite, mais au moins on te certifie que le moteur est conçu pour fonctionner à ce couple)

 

Bonne soirée

Sandro



#6 Floamb

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Posté 19 octobre 2020 - 12:06

Bonjour et merci pour vos réponses,

 

j'imaginais qu'en faisant varier l'intensité du courant sur le moteur au moment ou le plot rencontrerait le dynamomètre je pourrais régler la force avec la quelle mon système (moteur/plateforme/plot) viendrait pousser sur le dynamomètre mais je crois comprendre d'après le commentaire de Sandro que cela risque de ne pas être le cas.

 

Selon vous, je ne pourrais pas affiner la force en faisant varier l'intensité du courant ? Le moteur va-t-il immédiatement atteindre son couple de blocage à l'instant où il sera bloquer ?

 

En ce qui concerne les éventuels moteurs spéciaux qui résisteraient mieux au genre de traitement que je compte leur faire subir savez-vous comment ils s'appellent ?

 

Bonne journée,

Florian



#7 Mike118

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Posté 19 octobre 2020 - 12:12

Oui sur le principe tu peux faire du contrôle de couple moteur en regardant l'intensité consommé par ton moteur à courant continu. 

Il te faudra une boucle de contrôle en courant. 

Il existe aussi des moteurs "intelligent " qui ont déjà ce genre de fonction. 

Est ce que tu cherches à fabriquer toi même ? Ou bien est ce que tu cherches une solution qui existe déjà?


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#8 Floamb

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Posté 19 octobre 2020 - 12:28

Alors, bien que je prennes pas mal de plaisir à l'élaboration de ce petit projet, il s'agit tout de même de quelque chose que je fais dans le cadre de mon travail, j'aimerais donc faire au plus simple et au plus rapide.

 

N'ayant pas trouvé jusque là d'option toute faite je m'étais lancé dans la conception du système moteur + variateur + crémaillère, avec éventuellement un petit module type Arduino pour pouvoir contrôler l'intensité du courant en fonction du temps et donc la variation de la force. Toutefois si tu me dis qu'il existe des moteurs où la fonctionnalité est intégrée je suis tout à fait preneur.

 

Je vais donc faire quelques recherches pour des moteurs avec un contrôle du couple mais si tu as des référence à me conseiller n'hésite pas.

 

Merci pour ta réponse.

Florian



#9 Ludovic Dille

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Posté 19 octobre 2020 - 01:05

Je te dirais bien de regarder dans des servo-moteurs intelligents type dynamixels (il y a surement d'autres marques mais comme ça je n'en connais pas) :)



#10 Mike118

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Posté 19 octobre 2020 - 09:57

Je te dirais bien de regarder dans des servo-moteurs intelligents type dynamixels (il y a surement d'autres marques mais comme ça je n'en connais pas) :)

 

En effet c'est exactement le même genre de servomoteur intelligent que je recommande, les dynamixel sont très bien, mais un peu cher. 

Je recommande les servomoteur équivalent de chez feetech.  Actuellement j'ai déjà mis en ligne les : 
scs15

scs0009
 

Mais je pense que le plus costaud des deux ( le scs15 ) n' pas assez de couple. 

J'ai aussi la gamme au dessus en stock : le SM45BL mais je ne l'ais pas encore mis en ligne. Je pense que ce dernier sera plus que suffisant pour ton projet ...


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#11 Sandro

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Posté 19 octobre 2020 - 10:56

Bonsoir,

mon poste précédent faisait simplement référence au fait que tu semblais calculer un couple et dire qu'il te fallait ce couple de "maintient" : hors c'est une erreur assez classique (surtout sur les moteurs pas à pas), de prendre un moteur dont le couple de maintient est supérieur au couple nécessaire, mais dont le couple utile se retrouve au final insuffisant. D'où mon post pour clarifier ce point.

 

Pour ce qui est de contrôler le moteur pour obtenir du couple. Dans un monde idéal, c'est facile : le couple est proportionnel au courant, qui est proportionnel au PWM

- avec un contrôle tension en PWM, le courant n'est pas vraiment proportionnel au PWM. Le courant étant haché, et avec des transitoires, le couple n'est pas proportionnel au PWM (avec une erreur dépendant fortement des paramètres de ton système (fréquence du PWM, rapport cyclique, inductance du moteur, ...)

- même si tu contrôle directement ton moteur avec un courant continue (pas haché) que tu fais varier, le couple de sortie n'est pas vraiment proportionnel au courant : si mes souvenirs sont bons, ce n'est le cas que si la vitesse est nulle (ie pas de courant induit). De plus, il y a diverses pertes (frottements de diverses natures).

- même dans le meilleurs des cas, il te faudra une qualibration soigneuse

 

Il est donc simple de faire varier le couple (ie l'augmenter ou le diminuer), mais beaucoup plus difficile de connaitre précisément celui-ci.

 

Donc si le but est simplement de comparer l'adhérence de différents matériaux (pas trop proches), alors des techniques simples où tu contrôle le courant peuvent peut-être suffire, mais si le but est de quantifier précisément l'adhérence, alors ça ne suffira pas.

 

 

Donc avant d'aller plus loin, je te propose de clarifier tes besoins de précision (je vais les exprimer sur le couple, mais ça peut se traduire sur la précision du facteur de frottement) :

- de quelle gamme de couples à tu besoin?

- quel est ton besoin en précision absolue (ie le couple est compris entre C-delta et C+delta)?

- quel est ton besoin en précision de différence de couple (ie tu tests deux échantillons A et B, à quelle précision veut tu pourvoir évaluer la différence CB-CA?   (ça permet par exemple de comparer à un échantillon de référence)

- quelle "résolution de différentiation" (je sais pas le terme exacte) as tu besoin? ie quel doit être l'écart minimal entre deux couple CA et CB pour que tu puisses dire de manière sure lequel est le plus grand?

 

En fonction de test réponses, plusieurs solutions sont envisageables:

- contrôle direct du courant (PWM ou controle de courant continue)

- contrôle en position suivit d'un ressort

- moteur intelligent (comme ceux proposés par Mike)

- moteur asservit via un capteur de force ou de couple : ça permettra, je penses, la meilleurs précision, mais selon la précision souhaitée, le capteur de force peut devenir très cher

- et surement d'autres encore que j'oublie

 

Bonne soirée

Sandro



#12 Floamb

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Posté 20 octobre 2020 - 01:29

Encore merci à vous tous pour vos réponses.

 

@Sandro :

 

- En ce qui concerne le couple dont j'aurai besoin, si j'ai bien compris, cela dépendra de la taille de mon pignon, c'est un choix que je n'ai pas encore fait. En revanche ce dont je suis sûr c'est que j'aurais besoin que mon banc puisse appliquer de 0 à 150N de force sur mon plot. Si je ne me trompe pas, en fonction des différents pignon que j'ai pu trouver sur internet voici ce que ça devrait donner, pour mes couples max à atteindre :

 

v0xm.png

 

Concernant l'incertitude sur le couple la norme ne donne aucune précision. Elle me dit que je dois appliquer une force variant "approximativement" à 4.5N/s. Avec ce genre de précision j'imagine que 5 ou même 10% de précision sur le couple seront suffisant.

 

- En regard de ce plot j'aurai un dynamomètre de fixer, celui-ci mesurera finement la force à laquelle le plot se décrochera (à priori j'ai déjà trouvé la référence dont j'aurai besoin pour ça sauf si je dois mettre en place une boucle de rétrocontrôle). Du coup je ne crois pas avoir besoin de précision de différence de couple, seulement de pouvoir le contrôler finement au cours du temps. Si je me trompe n'hésitez pas à me corriger.

 

Du coup j'imaginais (peut être naïvement) que je pourrai faire une sorte de calibration expérimental pour contrôler ensuite, à chaque expérience, mon moteur. Je m'explique : je mettrai en route mon moteur et je solliciterai le dynamomètre sur une pièce inamovible, je mesurerai alors la force sur le dynamomètre et l'intensité du courant qui y est associé. En mesurant une certaine quantité de couple force/intensité du courant je pourrai tracer une courbe puis à partir de cette courbe trouver une fonction qui me donnerai la variation de l'intensité en fonction du temps pour que la force appliqué varie d'environ 4.5N.s-1.

 

Tu dis plus haut que le courant n'est proportionnel au couple que lorsque la vitesse est nulle, si tu parles de la vitesse de rotation du moteur, alors la vitesse sera à priori nulle tout au long de mon expérience puisque le but est d'appuyer sur le plot jusqu'à ce qu'il se décroche. L’expérience commencera donc avec le plot en contact avec le dynamomètre et cessera lorsque le plot se décrochera.

 

Du coup, dans la mesure du possible, j'aurai bien aimé ne pas asservir le moteur au dynamomètre (pour m'éviter un niveau de difficulté supplémentaire). Je pensais pouvoir simplement contrôler le moteur à travers un micro ordinateur (type arduino) qui commanderai à un variateur pour lui faire appliquer au moteur le profil d'intensité que j'aurai établi au cours de ma calibration.

 

 

Maintenant, j'avoue que les moteurs intelligent m'intéressent et me font un peu peur en même temps. Pour moi qui suis un tout à fait néophyte, qu'est ce qui sera le plus simple à mettre en place selon vous ?

 

Bonne journée,

Florian



#13 Sandro

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Posté 20 octobre 2020 - 03:31

Bonjour,

Si tu te soucie uniquement de mesurer la forces (indépendamment de ton contrôle), et pas d'avoir une force "précise" à un instant donné, alors ça simplifie les choses.

 

Pour le dynamomètre, tu vas lire la valeur instantanée avec les yeux, ou tu comptes faire quelque chose de plus poussé (dynamomètre qui affiche son maximum, dynamomètre relié à un ordinateur/microcontrôleur, ...)?

 

Donc si on parles en forces pour l'instant (on passera au couple au moment de choisir le pignon et la crémaillère) :

- force : 0 à 150N

- incréments de forces : ??? (ie par pas de combien (environ) veut tu pouvoir augmenter ta force (un véritable "continu" n'existant pas). Si tu fais une lecture visuelle de la valeur instantanée du dynamomètre, alors je penses qu'avoir 2-3 pas par seconde peut suffire (donc de l'ordre de 1 à 2 N). Si tu as un meilleur système de lecture, alors tu voudra peut-être plus de "pas" de force.

 

 

Donc selon le "pas" que tu veux avoir lorsque tu augmentes la force :

- un PWM que tu fais aller  de 0 à 255 peut suffire : c'est très simple, mais tu aura des pas qui seraient de 150/250=0.6N en théorie, en pratique ta force sera non linéaire (et tu risque de perdre un peu de ton amplitude en n'ayant pas exactement la bonne taille de pignon), du coup je penses qu'aux endroits les plus défavorables tu aura des pas d'environ 2N (vraiment au pif)

- un PWM sur 16 bits (au lieu des 8 qui sont standard sur l'arduino) : même principe, mais tu fais des pas beaucoup plus petits. A priori, c'est possible de générer un PWM 1 bits sur un arduino, mais ça demande d'aller toucher aux registres (https://www.teachmem...ino-16-bit-pwm/)

- un moteur "intelligent" : il faut voir les specifications pour dire s'il peut être controlé en couple, et si oui avec quelle résolution

 

 

Pour la question si c'est facile d'utiliser un moteur intélligent, sans en avoir utilisé moi même, je dirais que c'est probablement assez facile si tu as une librarie arduino fournie avec pour ce modèle. Si ce n'est pas le cas, alors tu risque de galérer.

 

Bonne journée

Sandro



#14 Mike118

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Posté 20 octobre 2020 - 08:56

 

Maintenant, j'avoue que les moteurs intelligent m'intéressent et me font un peu peur en même temps. Pour moi qui suis un tout à fait néophyte, qu'est ce qui sera le plus simple à mettre en place selon vous ?

 

 

Si tu n'as jamais fais d'asservissement, de mesure de courant etc ... alors un moteur intelligent sera beaucoup beaucoup plus simple à mettre en oeuvre. 
Tu as " uniquement à prendre en main le moteur ". Câblage simplifié, code simplifié (surtout avec les librairies ) pas d'asservissement à mettre en place, pas de choix de capteurs ...  1 seul point " un peu dur " comprendre comment utiliser le moteur. 

En plus il existe un logiciel que tu peux mettre sur ton ordinateur, qui te permet de connecter ton servomoteur intelligent à ton ordinateur en passant par un "programmateur  USB " pour facilement contrôler / piloter ton moteur via une interface.  Donc tu pourra déjà faire des essais avec  (ça prend des consigne en couple mais malheureusement pas en couple / s ... donc juste cette interface ne sera pas suffisante pour gérer ton cas en entier ... )  

Si cela peut te rassure, si jamais tu as pas envie de le faire toi même et que tu veux juste le truc déjà tout prêt ( et que tu as un peu de temps devant toi ) je peux même te livrer un code qui fait ce dont tu as besoin en même temps de te livrer tout le matériel déjà câblé ( je suis juste pas disponible pendant une semaine et demi  et bien entendu c'est plus cher que si tu le fais toi même... ... )  donc bon il y a des solutions ! Mais rassure toi, je suis convaincu que tu pourras très bien y arriver tout seul et que tu n'as pas " besoin " de commander le truc déjà câblé déjà codé. Surtout que nous sommes plusieurs à pouvoir répondre à des questions ici...

Donc vraiment c'est la solution la plus simple et la plus économique en temps passé. ( mais pas la plus économique en coût matériel ... ) 

Par contre avant de foncer tête baisser il faut bien vérifier comme l'a dit sandro en fonction de ton pignon etc...:

 

 

- de quelle gamme de couples à tu besoin?

- quel est ton besoin en précision absolue (ie le couple est compris entre C-delta et C+delta)?

- quel est ton besoin en précision de différence de couple (ie tu tests deux échantillons A et B, à quelle précision veut tu pourvoir évaluer la différence CB-CA?   (ça permet par exemple de comparer à un échantillon de référence)

- quelle "résolution de différentiation" (je sais pas le terme exacte) as tu besoin? ie quel doit être l'écart minimal entre deux couple CA et CB pour que tu puisses dire de manière sure lequel est le plus grand?

 

Ce qui permettra de valider si oui ou non un moteur intelligent convient à tes spécifications. 


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#15 Forthman

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Posté 20 octobre 2020 - 10:40

une question m'interroge...

Si au lieu de vouloir faire varier le couple du moteur, il y avait une liaison sur guide linéaire entre la motorisation et le plateau,

et entre ces deux un ressort.

Le ressort va se comprimer (ou s'étirer suivant le ressort choisi et le sens de montage) exerçant une force de plus en plus grande sur l'objet à tester.

Ok ça fait moins hi-tech que de contrôler le couple moteur, mais je suis un mec simple moi :P



#16 Mike118

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Posté 21 octobre 2020 - 12:01

une question m'interroge...

Si au lieu de vouloir faire varier le couple du moteur, il y avait une liaison sur guide linéaire entre la motorisation et le plateau,

et entre ces deux un ressort.

Le ressort va se comprimer (ou s'étirer suivant le ressort choisi et le sens de montage) exerçant une force de plus en plus grande sur l'objet à tester.

Ok ça fait moins hi-tech que de contrôler le couple moteur, mais je suis un mec simple moi :P

 

 

Sur le principe ça marche aussi. 
En prenant la formule Force = K * deltax  , il suffirait de tirer ou pousser le ressort à vitesse constante ( système vis écrou par exemple )  et ça irait bien.
Seule contrainte : trouver un ressort qui convienne ...  et contrôler en position et vitesse le moteur...


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#17 Sandro

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Posté 21 octobre 2020 - 08:02

C'est vrai que ça peut être une bonne solution, en tout cas si Florian nous confirmer que seul la vitesse de changement de force importe et pas la force absolue à l'instant t (je penses, mais je me trompe peut-être, que le ressort sera assez régulier en delta_force/delta_longeur (raideur "instantanée") si on travaille dans sa plage de travail, mais que c'est beaucoup plus difficile d'être précis en force absolue en fonction de la longueur totale).

 

Si seul la vitesse de variation de la force importe (et que la variation soit progressive), alors je penses qu'on choisissant un ressort prévu pour supporter bien plus que 150N (pour rester au tant que possible dans la partie linéaire), et avec un allongement un minimum important (disons 5cm @ 150N), on peut obtenir de très bon résultats.

Pour "actionner" le système, je pencherais pour un moteur pas à pas donnant sur un système vis-écrou : selon la vis choisie, on doit avoir de l'ordre d'une centaine de pas par mm parcouru (moteur 200 pas/tour et pas de 2mm pour la vis).

Sinon, si on veut un système un peu plus simple (mais un peu moins précis), on peut juste monter une bobine de fil sur la sortie du moteur, et accrocher le fil au bout du ressort (attention par contre au couple nécessaire pour le moteur).

 

 

Après, si le besoin de précision est moindre, je penses que le plus simple reste le moteur DC avec un PWM qu'on fait varier (en boucle ouverte) pour faire varier le couple (on maîtrise mal le couple, mais on sait qu'il augmentera progressivement). Un PWM 16 bits permettra d'éviter les "sauts" de couple





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