Bonjour.
Dans le cadre d'un PP (projet pluritechnique encadré) nous devons réaliser un robot.
Je m'occupe de la partie des moteurs, et je coince...
Je vous décris donc mon problème :
Nous avons conçu un robot sur chenilles avec 2 roues motrices, 2 roues libres.
Le châssis de ce robot a été conçu selon les dimension suivantes : 205*300*235 mm
Le robot possède une pince installé sur un système vis écrou (donc cette pince a un mouvement de translation verticale )
Notre Robot a une masse estimée à m= 7kg, soit un poids P=70N
Je lui ai choisis une vitesse de Vrobot= 20cm/s
Je note
Pem = puissance entrée moteur
Psm = puissance sortie moteur
Je commence d'abords par calculé la puissance en sortie selon la formule
Psm = (Vrobot* F )/2 Car le poids est réparti sur les deux roues motrices... (ou alors sur es 4 roues ?)
Au début je pensais que F correspondait au poids du robot, mais il s'agit en fait d'une autre force que je dois déterminer en fonction du Poids et de la force des frottements.. (aïe... comment faire.. ?)
Puis à partir de la puissance en sortie, je peux calculer celle en entrée
Pem = Psm/ ηglobal (avec η : rendement) (je suis d'accord sur ça, mais comment je peux déterminer le rendement par moi même ? Mon prof m'a demandé de prendre un rendement de l'ordre de 0,85...))...
Donc normalement je suis sensé obtenir
Pem
Psm
Sauf que cela ne me suffit pas (d'après moi pour le choix du moteur...)
Il manque le couple Cm
Le rapport de réduction (si je me retrouve avec un moteur qui tourne à 7000tr/min, ça fait un peu beaucoup pour un déplacement de 20cm/s (enfin je crois)
Or, il y a la formule : P= C*ω
Mais P à quoi correspond-t-il ? à Pem ou Psm ?
ω(rad/s) …?
C concerne t-il Cm … ? (je sais, je dois poser des questions idiote, mais je m'embrouille facilement... et je doute à chaque fois...)
Pour aboutir à quoi ? bah le choix d'un moteur qui existerait, un tableau qui me donnerait
différents moteurs
avec les Intensité, les tensions, les puissances utiles absorbée....
D'autres questions :
On nous a demandé de prendre en compte l'inertie du robot...
Car ce dernier n'aura pas une vitesse constante, il aura des accélérations... qu'est ce que je dois en déduire ?
enfin : tous ces calculs peuvent-ils s'appliquer à un moteur pas à pas…? est-ce que d'autres formules interviennent ?
Je dois vous dire que mon choix de la filière Science de l'ingénieur a été une grosse erreur de ma part, et je dois faire avec jusqu'à la fin de mon parcours lycée...
Donc si mes questions vous paraissent "bêbêtes, je m'en excuse... je suis un peu paumé...
J'en ai parlé avec ma prof (du choix des moteurs) mais je ne comprend pas tout ce qu'elle me dit...
En ce qui concerne mes camarades ils ne savent pas trop comment procéder...
Bref, voilà ...merci d'avance
Petite aide.
3 forces entrent en considération pour le mouvement de translation du robot.
a) La force nécessaire à accélérer : F1 = m.a
avec m la masse du robot et a l'accélération.
b) Si le robot se déplace sur une pente, F2 = m.g * pourcentage de pente.
c) La force de frottement.
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Exemple:
Si on veut passer de 0 à 20 cm/s en 1 s avec une accélération constante, on a : a = 0,2 m/s²
F1 = ma = 7 * 0,2 = 0,14 N (existe juste pendant les phases d'accélération ou décélération, mais alors a le signe contraire).
Si la pente de la piste est de 5 % (exemple), F2 = 7 * 10 * 0,05 = 3,5 N (attention au signe suivant que le robot monte ou descend).
La force de frottement est de loin la plus difficile à estimer car une bonne partie des frottements est dans la transmission (roues ou chenilles ...)
Par contre, si le robot est fait (sans ses moteurs), on peut mesurer la force de frottement.
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Pour trouver la puissance mécanique utile nécessaire, il faut trouver la résultante F des 3 forces ci-dessus dans le plus mauvais des cas. (exemple en fin d'accélération en montée sur la pente max permise).
Et P utile = F . v
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Piège : attention au réducteur qui sera sans aucun doute nécessaire entre le moteur et la transmission aux roues...
Le rapport de réduction sera peut être grand. Et dans ce cas, le rendement de ce réducteur pourrait bien être médiocre.
Merci de votre réponse.
Je suis désolé de ne pas avoir précisé que le Robot se déplace sur un terrain plat !
(le choix des chenilles, c'est pour une meilleure stabilité du robot, il n'est pas tellement question de terrain irrégulier )
Donc référentiel: terrain
système : {Robot}
Bilan des forces :
Poids (P) : P = m.g
force de frottement (f)
on utilise la deuxième loi de Newton ? Pour avoir ∑F = m.a soit P+f = m.a ?
Puis la suite deviens un exercice de physique... pour trouver l'accélération non ? répondant ainsi à la question d'inertie.
Et bien, il suffit de reprendre mon message en considérant que F2 = 0.
La force nécessaire à faire avancer le robot est :
a) En cours d'accélération: F = m.a + |f| avec f la force de frottement.
La puissance mécanique nécessaire est donc : P = F.v
P = (m.a + |f|).v
b) à vitesse constante (a = 0 ), et donc pendant cette durée : P = |f|.v
La grosse difficulté (comme déjà mentionné) est d'estimer la valeur de f à prendre en considération.
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P est la puissance nécessaire à la sortie du réducteur de vitesse qui attaque l'entrainement des chenilles.
C'est donc la puissance mécanique nécessaire à la sortie du motoréducteur qui entraine les chenilles.
Un réducteur ne modifie pas la puissance ... si ce n'est n'est par son rendement.
Un réducteur de vitesse , réduit la vitesse mais augmente le couple disponible et donc la puissance en sortie du réducteur est la même qu'en son entrée ...
Sauf que, ce serait vrai si il n'y avait pas des pertes (frottement) à l'intérieur du réducteur. En pratique, on a:
Puissance sortie réducteur = Puissance entrée réducteur * rendement du réducteur.
Attention, ne pas confondre le rendement d'un réducteur et son rapport de réduction.
Merci encore de ta réponse
Bon alors, j'ai considéré le début de problème comme un exercice de physique (j'ai fait un petit schéma)
Donc :
Système {Robot}
Référentiel: Terrain
Inventaire des forces
Poids P
Force de frottement f
Réaction du support R ?(ou pas )
On utilise la deuxième loi de Newton et on obtient
|-p| + |f| = m.a
|-P| = m.a + |-f|
à vitesse constante, a=0 donc |-p| = |-f|
Ainsi pour le calcul de la puissance en sortie on obtient
Pms = |f|*V soit Pms = |P|*V (non ? (toujours à vitesse constante )
Ainsi Pme = Pms / ηglobal ?
Et par application numérique
Pour
m=7kg
V=20cm/s
Pms = 14W
Pme = 16W
(j'espère vraiment ne pas m'être trompé dans mon raisonnement...)
Et est ce que le fait de savoir la puissance en entrée et en sortie du moteur, me suffit pour le choix du moteur ou pas ? (je doute là… )
Aie aie aie.
Tu confonds allégrement le Poids et les forces de frottement.
Sur un terrain horizontal, le poids du robot est compensé par la réaction du sol.
Il n'entre donc pas en ligne de compte pour calculer la puissance nécessaire à vitesse constante.
A vitesse constante, la seule force qu'il faut vaincre est la force de frottement.
On a donc : Puissance mécanique = |force de frottement| * vitesse du robot
La force de frottement est essentiellement due à la qualité de l'entrainement des chenilles (ici les frottements dans l'air sont négligeables étant donné la très faible vitesse du robot).
Il y a des frottements dans les roues qui entrainent les chenilles, des efforts pour déformer les chenilles, des frottements dans la transmission entre le moteur et les roues et autres bazars du même acabit. Ce sont ces forces qui entrent dans la catégorie "frottement" mais elles n'ont rien à voir (ou presque) avec le poids du robot. Ces forces (frottement) sont très difficiles à estimer comme je l'ai déjà écrit, le mieux est d'essayer de les évaluer en faisant des mesures, tu dois essayer de mesurer la force nécessaire à tirer le robot "à la main" sur un plan horizontal lorsque le moteur n'est pas connecté. Il faut vérifier si ainsi, les chenilles tournent sans glisser, sinon c'est mal parti pour les mesures.
Si on veut calculer la puissance mécanique nécessaire en cours d'accélération, en plus des forces de frottement décrites ci-dessus, il faut ajouter la force due à l'inertie du robot. Cette force est F = m.a avec a l'accélération à donner au robot.
Donc ici, (en cours d'accélération), on aurait :
Puissance mécanique = (|force de frottement| + m.a) * vitesse du robot
J'avais déjà dit tout cela dans mes messages précédent.
@.@.... je me suis embrouillé à ce point ?
là je ne comprend plus rien… Il m'a semblé que la Résultante des force était égale au produit de la masse avec l'accélération du centre d'inertie du robot
Soit ∑F = m.a
du coup je pensais que… R + P + F = m.a et avec V constant a =o... donc…..
enfin ça n'a pas l'air d'être ça…
Pour les mesures de frottements c'est pas trop possible dans la mesure où dans le PPE on ne conçoit pas le robot concrètement.
On le conçoit sur SolidWorks, on est supposé le programmer, mais on ne le construit pas...
Donc… ça va être assez difficile ....
Par conséquent... comment je peux faire les calculs sur le moteur ?
Est ce que mon cours sur les phénomène d'adhérence et de frottement serait utile ?
Je suppose que le contact chenille/sol sera un contact caoutchouc / bois (je coefficient de frottement est de 0,9 environ (ou 0,7 = coeff de frottement cinétique ) d'après ce que j'ai trouvé... est ce qu' avec ça je peux trouver la force de frottement ?
Est ce que je peux utiliser la formule de la force de frottement cinétique
( Fc = mc Fn)
avec
Fc la force due à la force de frottement
mc le coefficient de frottement cinétique
FN la force normale.
ça me donnerait ainsi une force de frottement... ? enfin Je crois
Bon j'espère ne pas m'etre trompé, mais avec mon partenaire de travail, on a calculé quelques trucs.
Pour la force de frottement
on a utilisé la formule suivante
P = poids de 100N
α = coefficient de frottement entre bois et caoutchouc : 0,7
tan (α) = F/P
F= tan(α)*P
F= 0,7*100 = 70N
J'utilise ensuite la formule pour calculer le couple de la roue
Cr = F*R (avec R rayon de la roue : 3cm)
Cr = 2,1 Nm
On peut donc calculer la puissance
P= Cr * ωr
P= 2,1* 5 (5rad/s est la vitesse angulaire calculer avec 15.10^(-2)m/s / 3.10^(-2) )
On obtient P = 10,5 W
je bloque maintenant avec les formules
Cm * ωm = Cr * ωr (là je dois prendre en compte les réducteurs ou pas ? )
Pme= Pms / ηglobal
voilà... c'est toujours confu chez moi...
Je suis désolé de te dire que la force frottement calculé par alpha * P (suivant tes notations) n'a rien à voir avec les frottements à prendre en considération dans ton problème.
Mais je ne vois pas ce que je pourrais rajouter à mes messages précédents pour arriver à te faire comprendre.
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