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Conseils pour conception robotique

Discussion dans 'Robotique et Domotique' créé par liohau, 31 Octobre 2015.

  1. liohau

    liohau Nouveau

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    Conseils pour conception robotique
    Bonjour,

    Je me suis posé comme défi de réaliser un bras robotisé avec lequel je souhaiterai être capable de lever une charge de 2kg + le poids du bras (au bout du bras de 70cm). Par conséquent suis à la recherche de conseils en ce qui concerne la conception d'un tel systême.

    Donc déjà, je précise qu'à la base, j'avais plutôt en tête un bras classique (articulé), mais après avoir fait pas mal de recherches je n'ai pas réussi à trouver des moteurs acceptable (en prix/couple) pour la 1ère articulation (qu'on peut appeler épaule ^^) qui aurait permis de soulever cette charge (+ le bras) verticalement.

    Puis j'ai découvert l'architecture SCARA, qui a l'air d'utiliser une translation verticale, plutôt qu'une rotation pour soulever la charge, ce qui simplifie apparement les choses.
    Donc j'en suis au stade ou je cherche le meilleur mécanisme pour effectuer cette "translation en Z".

    J'ai déjà exclu quelques systèmes dont ceux à crémaillère, et j'en suis au stade ou j'hésite entre différents composants pour faire un systême basée sur une vis sans fin entrainée par un moteur (avec mon bras en guise d'écrou qui se balade de haut en bas donc).
    J'ai cru comprendre que ça avait l'air d'être un systême utilisé pour les CNC et que les contraintes étaient un peu les mêmes que pour un robot ("0 backlash" et précision notamment), donc j'espère trouver de bon conseils ici :)

    Là où ça devient moins clair pour moi, c'est qu'il y a les vis trapézoidales, les vis carré, hélicoidales, ACME, vis à billes, les vis à "roller" (vis à rouleau??) etc.. Certains ont l'air d'être simplement des filetages différents, et d'autres sont carrément des systêmes d'écrous différents (vis billes/roller).
    Mais je suis un peu perdu dans tout ça, et je ne sais pas trop par quoi commencer pour faire mon choix. Pour l'instant j'ai l'impression que le mieux est la vis à "roller" qui aurait tendance à être la moins bruyante, et celle avec le meilleur rendement, mais je n'ai trouvé aucun tarif, j'imagine que ce sera plus cher qu'une vis à bille qui collait tout pile à mon budget...

    Ensuite, que le système soit réversible ou pas, ça n'a pas trop d'importance, mais j'aimerais bien ne pas avoir le bras qui tombe en cas de coupure de courant, et ça de ce que je comprends c'est soit la vis a assez de friction, soit il faut un frein moteur, non?

    Coté specifications, ma vis devrait faire entre 35 et 40cm (probablement 37), et j'aimerais (là on rentre dans le monde idéal) avoir une précision < à 1mm, tout en ayant une vitesse suffisante pour faire un aller/sec (donc environ 35cm/sec). Mais vu que je ne sais pas quelles formules utiliser pour calculer tout ça, je ne sais même pas si c'est réaliste...

    Ce qui est sur, c'est que coté motorisation, je ne veux pas partir sur un moteur pas à pas, et du brushless c'est trop cher, reste donc le brushed avec encodeur. Et évidement je souhaiterai minimiser le nombre d'étages de réduction pour le backlash. Il faudrait aussi que je trouve la formule pour calculer le couple requis afin de lever cette charge... Et qu'ensuite je sache quelle vitesse la vis peut encaisser.

    Voilà, je suis preneur de tout conseil/vécu, etc.. sur le sujet :)
     
  2. romain_cvra

    romain_cvra Ouvrier

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    Salut,

    Pour inspiration, voila ce que j'ai conçu dans le cadre des concours de robotique Eurobot. https://grabcad.com/library/four-axis-robotic-arm-1
    C'est aussi des moteurs brushed.

    Il n'est pas forcément nécessaire d'avoir "0 backlash" pour l'axe vertical.
    Le poids propre du système rattrapant le jeux.

    Toutes les vis à billes ou vis à rouleau sont assez chère mais on un très bon rendement de l'ordre de 0.9.
    J'utilise de puis l'année passé pour l'axe vertical des écrou lisse de chez Igus : http://www.igus.ch/wpck/2371/drylin_trapezgewindemutter
    Le rendement est moins bon 0.6, 0.7 mais le prix est nettement plus bas.

    Les systèmes à vis sont presques toujours réversible, c'est une question de rendement. Si le rendement est supérieur à 0.5, la vis est réversible.

    Niveau spécification, sa devrait aller par rapport à ce que tu donne. Par contre, faudra prendre un "pas" de vis assez grand pour atteindre les 350 mm/s.

    Normalement, pas forcément besoin de réducteur sur l'axe Z. C'est la vis qui fera la réduction.

    Quelques formules dans le catalogue SKF (à parir de la page 50) pour des vis à billes, c'est pareille pour les vis écrou lisse de chez Igus, seule le rendement change.
    http://www.skf.com/binary/57-149715/Precision-rolled-ball-screws---6971_1-FR.pdf
    Attention pour les calcules, il y a pas que la charge qui compte mais aussi les inerties en fonction de l'accélération que tu souhaite.

    A+

    Romain
     
  3. louloute30

    louloute30 Compagnon

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    Je rajouterai que pour l'axe Z, la remarque de Romain est à la fois vrai et faux "C'est la vis qui fera la réduction": J'ai installé sur un robot il y a 2 ans une vis à bille avec un pas de vis de 10mm/tr (sfu1610), et à l'arrêt le système ne pouvait pas porter plus de environ 2 à 3kg: moteur brushed maxon diam 26 + réducteur 4,5 avec une autre réduction de 1/2 entre le réducteur et la vis.
    Bien que la vitesse de déplacement était très correcte, le couple de maintien reste faible.
     
  4. romain_cvra

    romain_cvra Ouvrier

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    Tu parles de la force de maintient avec le moteur désactivé (éteint) ou activé (allumé) ?
     
    Dernière édition: 2 Novembre 2015
  5. louloute30

    louloute30 Compagnon

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    Force de maintien avec le moteur éteint.

    lioho a précisé qu'il souhaitait que son axe Z reste en position si les moteurs étaient désactivés.
    "mais j'aimerais bien ne pas avoir le bras qui tombe en cas de coupure de courant"

    Dans le cas du robot sur la vidéo, je pouvais faire descendre et monter l'ascenseur à la main lorsque l'alim était coupé (c'était le poids de ma main qui entraînait la rotation de la vis - je ne faisais pas tourner la vis à la main). L'ascenseur restait néanmoins en position puisqu'il n'était pas lourd.
    Contrairement à la précédente vis à bille que j'avais utilisé sfu1605, (pas de 5mm/tr), là ou c'était impossible de faire bouger l'ascenseur à la main lorsque le moteur était coupé. Je l'avais changé à l'époque parce que la monté et la descente n'était pas assez rapide.
     
  6. liohau

    liohau Nouveau

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    Déjà merci pour vos réponses à tous les 2, ça confirme pas mal de choses que j'ai pu lire/entendre depuis que j'ai démarré mes recherches.

    Romain: Ce modèle grabcad est un des premier que j'ai regardé, si c'est toi qui l'a réalisé, je te félicite, mais du coup je vais pouvoir te poser pas mal de questions :D

    Par rapport à la vitesse de course, j'ai vu qu'on pouvait utiliser des vis avec X filetages qui démarrent à l'extrémité de la vis, ce qui permet de multiplier par X la vitesse de déplacement, vous avez déjà vu ce genre de vis en vente ?

    Merci pour les formules, j'ai un peu moins de mal à les trouver maintenant que je connais les termes anglais (pitch, lead, start etc..)
    En ce qui concerne l'inertie, c'est vrai que je l'ai pas du tout prise en compte, et ça risque d'être problématique avec une aussi grosse charge déplacée aussi rapidement...

    Bon par contre pour revenir à mon cas, dans mon systême j'ai des contraintes d'encombrement qui m'obligent à mettre mon moteur parallèle à ma vis, je peux pas le mettre dessous, ou dessus par exemple.. Donc en fait j'aurais une disposition similaire à ton modèle grabcad. Du coup il faut que mette un système à courroie/chaine/pignons ou autre pour que mon arbre moteur entraine ma vis, mais j'ai peur que ça me rajoute du backlash... Et en plus l'encodeur de mon moteur sera décalé par rapport au nombre de tours réels de ma vis non?
    Pour le backlash, dans ton modèle grabcad, toi tu utilise 2 petits pignons légèrement décalés pour qu'il y ait toujours une dent au contact du 3ème gros pignon (celui de la vis), c'est bien ça? Tu n'a pas ajouté de ressort (qui ne serait pas modélisé) entre les 2 petits pignons?
    Après j'ai pas compté les dents de chaque pignon, mais vu la différence de taille des pignons, je suppose que tu utilise cet engrenage pour faire une réduction au passage, donc t'a pas eu de problème au niveau de l'encodeur ?
    Bref, déjà sur ce 1er point si vous avez des suggestions je prends :)

    Louloute: Ta vidéo si je comprends bien c'est un systême que tu as fabriqué toi même.
    Est-ce que tu étais satisfait de la qualité de la vis (en googlant la référence j'ai l'impression qu'elle vient d'alibaba/ebay, je me trompe?) ? Je trouve le système assez bruyant quand même, c'est quoi qu'on entends dans la vidéo, la vis? ou le moteur?
    Tu pourrais donner le modèle de moteur que tu utilise (le couple et rpm avant réduction m'intéressent) ?

    Pour l'armature et les 2 barreaux/guides qu'on voit, j'imagine que tu as tout acheté tout fait ? ou tu as fait des pièces maison ? Ton écrou a l'air énorme, y a que le système de bille là dedans? Et le bras en plexi/plastique accroché à l'écrou par exemple ?
     
  7. louloute30

    louloute30 Compagnon

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    Pour répondre aux questions que tu me poses:
    La référence exacte de ma vis à bille est: W1203-140-C7T L'écrou de la vis à bille a un diam 30mm.
    Celle-ci venait de corée. C'est donc une 12mm de diam (et non de 16 comme dans mes souvenirs...)
    Le système est assez bruyant. En effet, un petit oiseau s'est glissé par dessous la vis. A l'époque, elle était trop courte de qq mm, et j'avais "corriger mon erreur" en plaçant par dessous la vis à bille une petite visse de diam 4mm, et donc, la vis à bille frottait dessus d'où l'origine du bruit. C'était ça ou je devais réusiner trop de pièces du robot, descendre le moteur, bref, à 3-4 semaines de la coupe, j'avais vraiment plus le temps.

    Hélas, pour les références du moteur, elle n'a pas l'air d'être très connue chez maxon:
    Maxon A-max 12V entre 40 et 45mm de long, autour de 5000tr/min
    pour le réducteur, 25mm de long, sans doute un 5.2 d'après ceux similaires sur maxon. Si tu le souhaites vraiment, je peux faire un montage avec 2 encodeurs, celui du moteur, et un après le réducteur pour connaitre avec exactitude la réduction.

    J'ai usiné toute la partie plastique (lexan 20mm d'épaisseur), les deux guides de diam 6mm sont des tiges rectifiés (non trempées) que j'ai percé et mises parallèles grâce à un réglage de serrage de vis de 4mm de diam et contre écrous. J'ai utilisé des LM6UU pour glisser sur les guides, et autant ceux-ci glissent bien dans le sens axial du guide, mais aussi radial, ce qui me permettait de les utiliser aussi comme roulement autour de l'axe de rotation même s'ils ne sont pas à utiliser pour ce type de manoeuvre. A partir des LM8UU, c'est bp plus dur de les faire tourner autour de l'axe.

    Enfin, la courroie n'apportera pas de backslash si elle est correctement tendue. L'encodeur de ton moteur n'apportera qu'une précision proportionnelle à la réduction, il n'y aura pas de "décalage". Dans tous les cas, ton moteur devra faire un certain nb de tour pour que ta vis à bille n'en fasse qu'un, le tout est de savoir ce rapport, et en déduire la position réelle de ton écrou. Sans doute Romain t'en dira bp plus, vu que les CVRA sont spécialistes des bras de ce type.

    IMG_4924.JPG IMG_4923.JPG
     
  8. liohau

    liohau Nouveau

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    Ok merci pour toutes ces infos, faut que je digère un peu le tout :P

    En haut et en bas de ta vis, tu avais des roulements j'imagine? C'est peut-être ça l'anneau à droite qu'on voit sur la 2ème photo? tu les glisse tout bêtement ou il faut mettre qqchose pour qu'il tienne bien sur la vis? D'ailleurs le filetage s'arrete avant la fin d'un coté, mais pas de l'autre, pas très pratique pour la fixer du coup, non?
    Sur la vidéo on voit pas bien mais tout en haut y à quoi? le moteur ? ensuite c'est un collier et puis la vis directement ?

    Ouai, mais la courroie à la longue ça se détend, je préfère pas miser dessus, à la limite j'aurais privilégié une chaine, mais ça cause le problème du bruit, donc ça sera probablement des pignons :)
     
  9. louloute30

    louloute30 Compagnon

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    Conseils pour conception robotique
    Etant limité à une hauteur max dans le robot, j'ai dû la recouper en bas. En fait, au départ, c'était pas ce roulement là qu'il y avait. J'avais un roulement dans lequel j'avais mis une petite pièce usiné de telle manière à ce que la vis pose dedans sans tomber, le roulement englobait tout ça. Mais du fait que j'avais coupé trop court, j'ai improvisé, en mettant le roulement que tu vois (vu que la vis est usiné de diam 12) et une simple vis de diam 4 pour réhausser le tout, c'est donc le frottement qui causait le bruit.
    En principe, toi, dans ton montage, tu ne dois pas faire ça. Tu dois acheter une vis usinée des 2 cotés.
    En haut, il y avait une poulie qui s’emmanchait une partie sur la vis, et le reste sur l'axe du haut, et par dessus, un petit roulement.
    Le moteur était relié avec une courroie à la vis. Le moteur n'était pas dans le prolongement de la vis.

    Hum, une courroie ne se détend pas si facilement.

    A plus.
     
  10. romain_cvra

    romain_cvra Ouvrier

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    Ha oui ok, mal lu...
    Cela peut se calculer. En prenant en compte la masse du bras, tous les rendements et le couple de frottement du moteur.
    Il est préférable de dimensionner le moteur pour afin qu'il puisse effectuer le déplacer souhaiter et si nécessaire d'ajouter un frein.
    Cela ne vaut pas la peine de surdimensionner le moteur pour cela.

    C'est le "pas" (lead) de la vis qui permet de multiplier sa vitesse de déplacement et non le nombre de filetage.

    Louloute à raison, pas de souci de backlash avec une courroie crantée et pas de souci pour l'encodeur.

    La principale raison, je ne trouvais pas d’engrenage de la taille et de la largeur souhaitée... :wink:
    Pour l'axe Z (verticale) le jeux n’était pas très important, même si il y avait un petit jeux, cela ne pose pas de problème car la réduction crée par la vis le diminue fortement.
    Mais pour les axes de l'épaule et du coude, il est vrais que c'est un avantage d'avoir deux engrenage qu'il est possible de décaler.
    Même si en pratique, cela n'aurais pas été nécessaire car il y en a un en plastique se qui permet de ne pas laisser de jeux entre les engrenages.

    Pour l'axe Z (vertical), j'ai utilisé des engrenages parce que le petit moteur utiliser ne supportait pas des charges radial trop important sur son axe de sortie. La force dépassait la charge radial max sur l'axe avec la courroie mais c'etait ok avec l’engrenage. Mais c'est un cas un peu spéciale... c'est plus de la microtechnique que de la mécanique...
    Je te conseille vivement d'utiliser des courroies. Il y a pas de problème de jeux avec et elle se détende à très très long terme, c'est pas un souci.
    Généralement c'est comme cela qu'on fait dans l'industrie.
    De plus, une courroie s'use moins vite qu'un engrenage, elle est plus robuste dans des conditions d'utilisation difficile.

    D'ailleurs, j'utilisais des courroies dans les versions précédente de nos bras. Les versions précédentes des robot (bras) sont en téléchargement sur notre site ( www.cvra.ch ) en format eDrawings.

    A+
     
  11. liohau

    liohau Nouveau

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    En fait je me suis mal exprimé sur l'histoire des filetage/pas/lead, je parlais de ce qui est expliqué sur cette image : http://www.igus.com/contentData/wpck/images/US_en/enlarge/lead_vs_pitch.jpg Donc c'est bien le "lead" qui détermine la vitesse, mais le lead est différent du pas (pitch) dans le cas d'une vis à plusieurs "starts" (plusieurs "débuts de filetage à l'extrémité)

    J'ai pas compris l'histoire du plastique dans cette phase :
    "cela n'aurais pas été nécessaire car il y en a un en plastique se qui permet de ne pas laisser de jeux entre les engrenages."

    Ok pour les courroies, je vais regarder, tu as une/des boutiques/marques à recommander ?


    Autrement, niveaux tarifs j'ai beaucoup de mal à trouver des infos, chez igus il y a pas mal de prix, mais chez les autres c'est l'enfer, je vois sur le site de ton assoc que vous avez pas mal de partenariats, ils vous filent les échantillons gratuits et que vous voyez jamais passer les prix, ou ils vous attribuent un budget ? :)

    Ce matin j'ai appelé des revendeurs de SKF par exemple, et pas moyen d'avoir un ordre d'idée de prix sans donner une référence précise.
    C'est stupide vu que je vais choisir une référence par rapport aux prix qui collent à mon budget... C'est comme si on me disait de choisir une voiture sans connaître les prix, je prendrais probablement un truc de luxe sans le savoir.. Et après quand je demanderai le prix on me dirait "ah non ça colle pas à votre budget", et on recommence le tour du manège..
    Donc dans le cas présent, je voudrais une "roller screw", mais j'aurais peut-être même pas de quoi payer une "ball screw".

    @louloute30 toi aussi tu es dans une assoc de robotique?
     
  12. romain_cvra

    romain_cvra Ouvrier

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    Effectivement, c'est parfaitement juste. Attention, suivant la fabriquant, le dénomination peut changer légèrement.
    Par exemple, certain vont jamais parlé du lead (l'avance en français) et toujours du pitch, même si il y a plusieurs départ. Dans leur calcules il multiplie simplement le pitch par le nombre de départ pour compenser.

    En utilisant deux engrenages métalliques, il faut laisser un jeux entre les engrenage si non il ne tourne pas... ou difficilement.
    Lors de l'utilisation d'engrenage en plastique, il n'est pas nécessaire de laisser du jeux. Car le plastique est plus glissant et il se "déforme" légèrement pour s'adapter.

    Faut que tu regardes pour du coter des fournisseurs mécaniques pas forcément directement chez les fabricants, c'est plus simple.
    Par contre, je connais pas trop les fournisseurs en France... Je suis en Suisse. Louloute pourra surement t'aider sur le sujet.
    J'utilise régulièrement Misumi qui est un fournisseur internationale, mais il me semble qu'il faut un numéro de TVA pour la commande : http://fr.misumi-ec.com/

    Oui, il y a pas souvent les tarif, parce que ces boite travaille généralement avec des entreprises, les prix sont adapté en fonction de l'entreprise. Faut les contacter.
    Généralement, on leur demande en sponsoring le matériel exacte que nous avons besoin. Et en contrepartie on leur fait de la pub.
    Donc effectivement, on voit pas trop les prix...

    Je crois que c'est hors de ton budget, si tu as des problème de budget pour les moteurs brushless...
    A l'oeil, faut compté au minimum 120 euro pièces pour une vis à bille neuve.
    Le problème, les prix varie énormément par rapport à la référence choisie...
    Pour te faire une idée, regarde chez misumi (attention, faut être coincient qu'ils sont très peut chère, après faut payer le transport encore...)

    A+
     
  13. louloute30

    louloute30 Compagnon

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    Conseils pour conception robotique
    Moui, c'est plus une passion dans notre temps libre.

    Magasin sur internet:
    Il y a toujours ebay, je commence souvent par là, quelque fois qu'il y ait une bonne affaire.
    Ensuite, pour toutes les poulies/courroies, je vais chez tri-distribution; Je n'ai jamais été déçu; Ils usinent aussi les poulies au diam que tu souhaites (tous les tarifs sont dispo sur leur site).
    Il existe aussi hpc europe, je ne suis pas client, mais tu pourras y trouver de bon truc; certain sur ce forum sont clients hpc.
    Enfin, il y a aussi conrad pour les poulies et les courroies
    Du moins, tous ceux là présentent leur prix sur internet, c'est plus pratique pour ne pas avoir un montant auquel tu ne t'attendais pas.

    Après, j'ai souvent commandé en chine chez un fabriquant de vis à bille/guidage linéaire... Pour un ordre d'idée, c'était 72$ une VAB diam 20 de 50cm de long fdp inclus. C'était il y a 3-4 ans... Je peux te retrouver les contacts.
     
  14. Trognon

    Trognon Nouveau

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    Conseils pour conception robotique
    Salut,
    Moi ça va faire depuis l'année dernière que je me fourni les petites pièces en Chine, il y a tout ce qu'il faut après la qualité c'est un peu aléatoire faut regarder les avis et les fournisseurs.
    Par exemple ici : Aliexpress
    Vis à bille L200mm pour 18€ (j'ai pris la première que j'ai trouvé pour l'exemple).
    Attention pour les délais de livraison, c'est souvent gratuit mais ça peut prendre entre 15 à 40 jours.

    Fabien
     
  15. liohau

    liohau Nouveau

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