Cycle 8 Activités Pratiques - Dossier

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Cycle 8 Activités Pratiques - Dossier Ressource n°2

Robot Haptique

Cycles PCSI

C1 Expérimenter et analyser les systèmes complexes pluri-technologiques

C2

C3 Expérimenter, analyser, modéliser et résoudre pour vérifier les performances temporelles des Systèmes Linéaires Continus Invariants

C4 Expérimenter, analyser et résoudre pour vérifier les performances cinématiques de systèmes de solides d'une Chaîne d'Energie

C5 Expérimenter, analyser et modéliser les systèmes de solides d'une Chaîne d'Energie

C6 Expérimenter, analyser, modéliser et résoudre pour déterminer les lois entrées/sorties de systèmes de solides d'une Chaîne d'Energie

C7 Expérimenter et modéliser pour vérifier les performances statiques de systèmes de solides d'une Chaîne d'Energie

C8 Expérimenter, modéliser et résoudre pour vérifier les performances statiques de systèmes de solides d'une Chaîne d'Energie

C9 Expérimenter, analyser, modéliser et résoudre pour vérifier les performances fréquentielles des Systèmes Linéaires Continus Invariants

C10 Modéliser et résoudre un système multiphysique pour simuler son comportement

C11 Analyser, modéliser et concevoir la chaine d'Information d'un système complexe pluri-technologique

Sommaire

1. Fiche 1 - Fonctionnement………..

2. Fiche 2 - Présentation Fonctionnelle……….

3. Fiche 3 - Description Structurelle et Technologique………

4. Fiche 4 - Acquisition………

p 2

p 3

p 4

p 6

FICHE 1 - FONCTIONNEMENT

M ^{ise en} Π^{uvre du} R ^obot

LE ROBOT EST FRAGILE !!!!

Ne pas faire de mouvements trop brusque ou jouer entre vous ! Appelez le professeur si vous pensez qu’il y a un disfonctionnement.

A – R

:

Le robot seul peut fonctionner avec les différents logiciels proposés par le fabricant (exemple : Falcon Tutorial) ou issus du monde libre (CHAI3D).

Se munir du robot avec le matériel suivant : - L’alimentation 30 volts DC,

- Un câble USB A vers B, - Une prise shunt.

Pour pouvoir piloter les moteurs du robot, la prise mâle shunt doit être connectée derrière celui-ci.

Lancer le logiciel FalconTest pour vérifier que le robot communique bien !

Le logiciel Falcon Tutorial permet de découvrir la réalité virtuelle. Il propose 4 activités :

- Simulation de matière, sous la forme d’une boule qui peut être de 9 textures différentes, - Le maniement d’une balle suspendue,

- Un jeu de rattrapage de balle, - Un jeu de lance pierre,

Ces activités permettent de ressentir : le poids, la forme, la texture, la dynamique et la force liés à des objets évoluant dans l’univers virtuel.

Des vidéos de démonstration sont aussi présentes.

Le programme a été développé pour le marché américain. Le clavier utilisé est de type QWERTY. Dans l’interface de navigation du logiciel, lorsque vous voulez passer les vidéos de démonstration, appuyer sur la touche A de votre clavier (et non Q comme indiqué dans le menu).

B –

R

’

:

Connecter comme suit :

- Le câble sub-D 15 pts mâle-femelle permet la liaison des signaux entre la carte et le robot.

- Le câble 15 pts HD-DIN vers prise cylindrique 12 points permet la connexion des moteurs.

- Le cordon jack-jack d’alimentation entre le robot et la carte. Le bloc d’alimentation 30V sur le

haut de la carte.

FICHE 2 - PRESENTATION FONCTIONNELLE

P résentation F onctionnelle du R ^obot

A- Q

’

-

’

H

?

La télé-opération est en plein développement pour l’assistance aux activités sensibles (chirurgie, nucléaire, etc.). Un système de télé-opération est avant tout un système liant un opérateur à une matière d’œuvre distante. Pour réaliser sa tâche, l’opérateur doit transmettre son intention au système. Mais aussi, la qualité de cette réalisation dépend du ressenti de l’opérateur. Les ressentis humains se classent en deux catégories :

- Ressentis à faible énergie : vision, ouïe ; - Ressentis à forte énergie : ressenti musculaire.

Si la première catégorie est facilement réalisable avec les outils conventionnels de transmission de l’information (écran, casque vidéo et/ou audio), la deuxième nécessite des puissances plus importantes nécessitant une maitrise et un pilotage de ces puissances.

L’interface homme-machine Falcon permet la transmission de ce ressenti à forte énergie.

Schéma bloc synoptique :

Dans le cadre du robot falcon, les grandeurs d’intention et de ressenti sont : - Intention : déplacement de la poignée ;

- Ressenti : effort sur la poignée.

Le produit des deux grandeurs est l’énergie musculaire développée par l’utilisateur. L’effort est donc imposé par l’interface haptique en fonction de la position, selon une loi de comportement qui doit refléter l’environnement distant ou virtuel.

Une décomposition fonctionnelle plus détaillée de l’interface fera apparaître trois sous-fonction :

- Simuler le comportement ; - Restituer l’effort.

Interface haptique

Puissance musculaire

Environnement distant ou

virtuel

d’informations

Simuler le comportement

Position Effort

Loi de

comportement

Acquérir la position

Restituer l’effort

Info. Info.

Ces mêmes fonctionnalités peuvent être réorganisées pour que l’interface Falcon puisse être utilisé en robot distant. On retrouve alors une structure d’asservissement.

B- E

C

C

:

Exigence Critères Niveaux Limite

1.1 Capter les déplacements C1.1 Degrés de liberté 3 en translation Impératif C1.2 Résolution en position 400 dpi (points par pouce) Minimum C1.3 Espace de travail 100 x 100 x 100 mm Minimum

C1.4 Bande passante à -3dB 2 rad/s  5 %

1.2 Positionner la manette C2.1 Précision 0.5 mm  1 %

C2.2 Rapidité t5% < 0.2 s  1 %

1.3 Imprimer les efforts C3.1 Force maxi 9N  2 %

Position Effort Appliquer

un effort Matière

d’œuvre

Acquérir la position Position de

consigne

FICHE 3 - DESCRIPTION STRUCTURELLE ET TECHNOLOGIQUE

D escription S tructurelle du R ^obot

A – A

:

B - D

D

B

:

C- M

C

’

:

Pivot d’axe 1

Pivot moteur

Pivot d’axe 1

Pivot d’axe 1 Pivot

d’axe 2 Pivot

d’axe 2

Pivot

d’axe 2 Pivot

d’axe 2 Pivot d’axe 1

Le rapport du cabestan est 1/7.627

FICHE 4 - ACQUISITION

S ^{ystème d’} A cquisition du R ^obot

MODE

A

(

3 B)

• Brancher l’interface Falcon instrumentée à l’ordinateur (page 3) ;

• Mettre le support avec le crayon dans la position de la photo ci dessous ;

Attention placer le crayon à une hauteur correspondant à la simulation meca3D Mettre une règle pour guider le crayon.

• En utilisant le logiciel de pilotage Falcon_restituer, l’objectif est de déplacer le crayon afin d’acquérir une courbe de l’effort moteur en fonction de α.

Vérifier le port COM9 de l’arduino

• Choisir une commande poignée entre 6 et 10 : attention aux butées, maintenir le crayon avec un angle autour de 10/15°.

• Déplacer lentement le crayon et enregistrer les mesures successives pour obtenir les valeurs de la force et la position α afin de compléter un tableur (faire des variations d’environ 2/3° pour l’angle)

• Relever le courant moteur et calculer le couple associé en sortie du cabestan.

La constante de couple moteur est Kt=0,118 N.m/A Le rapport de réduction du cabestan à câble est 1/7,627

Force suivant 𝑧⃗ (N) Angle 𝛼 (°) Couple cabestan 𝐶₁ (Nm) Courant moteur (A)