Réalisation d'une mini-grue (électronique)

[Phil59990]

Bonjour à tous,

J'ai rejoint votre forum car dans le cadre d'un semestre d'études en Australie je suis chargé du design de la partie électrique d'une mini-grue.

L'université en question est la QUT de Brisbane, pour avoir une idée plus précise du projet à réaliser je vous invite à consulter les vidéos "ENB150" disponibles sur YouTube.

Nous avons décidé de nous orienter vers une grue classique (type chantier) comme illustré par la pièce joint.

Le but étant de déplacer une charge de 500 grammes d'un point A à un point B comme illustrer dans les vidéos disponibles sur YouTube.

Le cahier des charges est assez drastique :
- Alimentation DC 24V et 3A max
- Consommation électrique maximum 4W (1W pour obtenir la note maximale)
- Le mouvement doit être effectué en moins de 60 secondes
- La structure doit peser moins de 4kg (hors système de commande)
- Le coefficient de sécurité doit être compris entre 2 et 3 (la grue doit être capable de déplacer une charge de 1kg mais pas une charge de 1,5kg)

Pour l'instant je me penche plus sur la partie commande du système et par la suite les moteurs, poulies et réducteurs appropriés pour le respect du cahier des charges.

Voici mes premières questions :
- Quel type de commande utiliser pour ne pas consommer beaucoup de courant ? Je pense m'orienter vers deux ponts en H afin d'inverser le sens de rotation de mes 2 moteurs. Comment le réaliser ? Transistors ou relais ? Il faut que ce soit commandable manuellement (interrupteur) c'est pourquoi je pensais utiliser des relais mais j'ai peur que ces derniers demandent plus d'énergie.

- Comment verrouiller les moteurs en position arrêt, notamment pour le moteur de levage ? Lorsque la charge sera en position haute il faut qu'elle y reste. J'ai lu qu'on pouvait mettre le moteur en court-circuit pour cela, qu'en pensez-vous ?


Voilà c'est tout pour le moment,
Merci d'avance pour votre aide qui me sera très précieuse !
-----

[andre_teprom]

Quel type de moteur sera utilisé sur cette conception?
Pas à Pas Moteur, Courant alternatif ou continu?

Chacun a besoin d'un autre projet à conduire à l'étage de puissance.

[Phil59990]

Bonjour André,

Il s'agira de moteurs à courant continu.

Par contre je n'ai pas compris le sens de ta deuxième phrase

[jiherve]

Bonjour,
comme il faudra reducter le moteur de levage s'orienter vers une réduction vis sans fin/ pignon car c'est non réversible, si le moteur n'est plus alimenté plus rien ne bouge.
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[DAUDET78]

Quel type de commande utiliser pour ne pas consommer beaucoup de courant ? Je pense m'orienter vers deux ponts en H afin d'inverser le sens de rotation de mes 2 moteurs. Comment le réaliser ? Transistors ou relais ? Il faut que ce soit commandable manuellement (interrupteur) c'est pourquoi je pensais utiliser des relais mais j'ai peur que ces derniers demandent plus d'énergie.

Pont en "H" en relais ou en transistor ? de toutes les façons c'est une commande logique (contact ou µC). Donc transistor MOS

Lorsque la charge sera en position haute il faut qu'elle y reste. J'ai lu qu'on pouvait mettre le moteur en court-circuit pour cela, qu'en pensez-vous ?

Tu as vu ça où ?
Un moteur en court-circuit freine mais ne bloque pas ! La seule solution : le réducteur avec une vis sans fin

[andre_teprom]

Je pense que deux ponts en H est le choix approprié comme vous l'avez souligné, mais le relais ne pouvais pas être le cas, parce que vous devez employer au moins 2 d'entre eux pour atteindre la réversion de sens de rotation.

En ce qui concerne deux ponts en H, MOSFET sont les plus couramment utilisés sur les projets à faible consommation d'énergie.

[Phil59990]

Bonjour,
comme il faudra reducter le moteur de levage s'orienter vers une réduction vis sans fin/ pignon car c'est non réversible, si le moteur n'est plus alimenté plus rien ne bouge.
JR

Merci pour ton conseil Hervé, qu'entends-tu par "non réversible" ? Pour moi un pignon et une vis peuvent tourner dans les deux sens et seraient donc en mon sens réversibles.

[DAUDET78]

Pour moi un pignon et une vis peuvent tourner dans les deux sens et seraient donc en mon sens réversibles.

Ben non ....
Tu as un store avec une manivelle ? regarde comment c'est fait .

[Phil59990]

Pont en "H" en relais ou en transistor ? de toutes les façons c'est une commande logique (contact ou µC). Donc transistor MOS

Tu as vu ça où ?
Un moteur en court-circuit freine mais ne bloque pas ! La seule solution : le réducteur avec une vis sans fin

S'il freine, l'axe ne bouge plus non ? C'est peut-être un abus de langage de ma part de dire bloqué.
Tu es la deuxième personne à me conseiller la vis sans fin, pour quelle raison particulière ? L'effort sur l'axe moteur est diminué ?

[Phil59990]

Ben non ....
Tu as un store avec une manivelle ? regarde comment c'est fait .

Le soucis c'est que ma charge doit pouvoir être montée et descendue, il faut donc un réducteur réversible non ?

[jiherve]

Re
ce n'est pas Hervé mais JR, bon passons, non réversible signifie qu'il existe un arbre menant(celui solidaires de la vis) et un mené (celui du pignon ) et que leur rôles ne sont pas échangeables,réfléchis un peu!
Cela tourne bien sur dans les deux sens.
JR

[DAUDET78]

S'il freine, l'axe ne bouge plus non ?

J'ai dit freine ... pas bloque !
SI il n'y a plus de rotation, plus de FEM , plus de de courant ... plus de freinage.
Sur les poids lourds, il y a le TELMA sur ce principe. C'est un ralentisseur, pas un frein de parking

il faut donc un réducteur réversible non ?

non-réversible ne veut pas dire qu'on ne peut pas aller dans les deux sens ! Voir le store ....

[DAUDET78]

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vis_sans_fin

[Phil59990]

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vis_sans_fin

Merci pour le lien.

Sur ce site la différence entre non-réversible et rotation dans un seul sens est très bien expliqué d'ailleurs ! http://www.hpceurope.com/fr/fichesTe...eur_de_vitesse

Donc pour vous l'utilisation d'un réducteur avec vis sans fin est obligatoire. Ce qui m'étonne c'est que dans les vidéos des années précédentes disponibles sur YouTube, il ne me semble pas apercevoir de tels réducteurs.

Peut-être que le couple résistif du moteur arrêté suffirait à retenir les charges de 0,5 et 1kg ? Je vous demande car je n'ai jamais utilisé de tels moteurs et ça m'étonnerait qu'ils retiennent une telle charge !

[DAUDET78]

Si tu alimentes un moteur DC avec une tension inverse, il peut arrêter une charge en statique .
- Mais il consomme
- Mais il chauffe (et pas de refroidissement, vu qu'il n'y a pas de rotation)
- Mais il faut un asservissement de position (pour régler le courant afin d'avoir un arrêt)

Peut-être que le couple résistif du moteur arrêté suffirait à retenir les charges de 0,5 et 1kg ?

Ca n'existe pas !

[Phil59990]

Si tu alimentes un moteur DC avec une tension inverse, il peut arrêter une charge en statique .
- Mais il consomme
- Mais il chauffe (et pas de refroidissement, vu qu'il n'y a pas de rotation)
- Mais il faut un asservissement de position (pour régler le courant afin d'avoir un arrêt)Ca n'existe pas !

Oui j'avais aussi pensé à cette solution mais comme tu l'as bien dit il risque de fort consommer et donc de ne pas respecter les critères de base du projet (consommation < 1 ou 5W).

Il y a bien un couple résistant sur un moteur électrique ? Je dois vraiment pas utiliser les bons termes c'est pas possible Lorsqu'un moteur est à l'arrêt complet, pour effectuer une rotation de son axe il faut appliquer un couple au moins supérieur à ce que j'ai appelé plus tôt "couple résistif".

Enfin, je me doute que même si un tel couple existe, il ne sera pas suffisant sur un tout petit moteur pour retenir ma charge.

[DAUDET78]

C'est le couple de frottement ... très faible . Qui ne peut maintenir ta charge (sauf avec une vis sans fin !)

[Phil59990]

C'est le couple de frottement ... très faible . Qui ne peut maintenir ta charge (sauf avec une vis sans fin !)

D'accord et tu connais des sociétés qui fabriquent de petits réducteurs à vis sans fin ou je dois me tourner vers une solution de ce genre : Vis sans fin Ebay qui me parait suffisante.

Pour le pont en H selon toi il est plus judicieux d'en concevoir un soi-même ou alors on peut en trouver tout fait ?

[DAUDET78]

faut faire la mécanique . Comme ici http://www.conrad.fr/ce/fr/product/2...FVHKtAod5UMAhQ

Mais on doit pouvoir trouver le moteur+vissansfin

[jiherve]

Re
On peut obtenir un semblant de blocage si la démultiplication classique par train d'engrenages est très importante.
JR

[petitnul12]

Il est vrai que la solution de la vis sans fin serait la meilleur.

Comme la souligner JR, une démultiplication par train d'engrenage successifs pourrait peut être suffire pour de si faible masse.
Il m'arrive d'utiliser des servomoteurs que je démonte afin d'enlever les butées de rotation pour les utiliser en tant que moteur. La mécanique est déjà intégré et proprement. Il faudrait faire un test pour voir la capacité de "freinage" (et de blocage)

[Phil59990]

Suite à vos multiples réponses je vais donc m'orienter vers un réducteur à vis sans fin pour le moteur destiné à monter et descendre la charge.

Pour le moteur situé à la base de la grue, destiné à effectuer la rotation de la structure (1.5 à 4kg), je pense m'orienter vers un réducteur traditionnel à pignons étant donné que l'effort à l'arrêt sera inexistant sur l'arbre moteur. Seul l'inertie due à l’arrêt soudain de la rotation pourrait entraîner un mouvement non désiré.

Pensez-vous qu'il soit judicieux d'envisager l'usage de moteurs 24V DC à la vue du cahier des charges (consommation inférieure à 5W, idéalement inférieure à 1W) ? A la vue des différentes fiches techniques il me semble difficile de trouver un moteur affichant une si faible consommation. Ne serait-il pas mieux de trouver une solution pour abaisser la tension (ex: 12V) et d'utiliser un plus petit moteur ?

Encore merci pour votre contribution.

[adipie]

Il me semble qu'il manque la hauteur de levée dans ton cahier des charges ?

[Phil59990]

Oui adipie, bien vu ! La charge fera environ 15cm de haut et sera déplacée du point A (socle de 5cm de hauteur) au point B (socle de 10cm de hauteur), il faudra donc une hauteur de levage de plus de 5 cm.

[Phil59990]

Bonjour,

Ma question va peut-être vous paraître bête mais je n'arrive pas à y trouver de réponse, peut être parce que j'ai du mal à saisir le fonctionnement des transistors.

Peut-on commander un pont en H manuellement ? J'entends par là sans carte à programmer, sans arduino... avec des switchs par exemple.

[Phil59990]

J'avais aussi vu ce tuto qui me paraissait assez simple à mettre en oeuvre : http://www.zem.fr/arduino-controler-...mposant-l293d/

Le seul soucis c'est qu'on a pas le droit d'avoir recours à une autre alimentation que là 24V/3A mise à disposition et donc il n'y aurait pas possibilité de délivrer du 5V à la carte...

[ranarama]

Si c'est bon car il y a écrit "Wide Supply-Voltage Range: 4.5 V to 36 V" dans la doc du l293d
www.ti.com/lit/ds/symlink/l293d.pdf
et pour les signaux de logique de commande ttl suffit de rajouter un régulateur de tension 5v

[Phil59990]

J'ai revu un peu la façon dont j'allais réaliser le pont en H puisqu'une des exigences du projet est de produire un système le moins énergivore possible.

Donc adieu les transistors et les résistances, j'ai pour idée de réaliser le circuit en pièce jointe, pensez-vous que cette solution soit viable ?

[DAUDET78]

...... est de produire un système le moins énergivore possible.
Donc adieu les transistors et les résistances,.....

Je ne vois pas trop le raisonnement qui te mènes à cette conclusion hâtive ?

C'est le mot résistance qui te fait peur ? Synonyme de perte d'énergie électrique ? ....
Pour info, dans une bobine de relais ... il y a aussi de la résistance .

[Phil59990]

Merci pour ton avis Daudet.

Je ne compte pas réaliser le montage à l'aide de relais mais avec des interrupteurs inverseurs doubles.

Qu'en penses-tu ?