Aide pour projet osCAR (fauteuil électrique pour enfant handicapé d'un an)

[dj00le]

Bonjour,
L'intitulé du sujet peut paraitre bizarre et inadapté au forum, mais je vais m'expliquer rapidement afin que vous compreniez

J'ai un petit garçon d'un an qui a une maladie neuromusculaire impactant sa motricité. Dit clairement, il ne peut ni marcher ni ramper, et est très limité dans ses mouvements même des membres supérieurs.
Quand il aura 3 ans il pourra avoir un fauteuil roulant électrique.
Mais maintenant tout de suite, je souhaite lui fabriquer un petit fauteuil électrique, pour qu'il puisse très rapidement être autonome et s'épanouir le plus "normalement" possible. C'est à un an qu'on commence à ramper partout et découvrir la vie, pas à 3.

Je souhaite donc construire une plateforme dont les spec vont suivre, et mes connaissance électro-mécaniques étant très limitées, j'en appelle aux experts pour m'aider dans mon projet

• Encombrement : minimum (doit être utilisable en intérieur pour passer de pièce en pièce, contourner les meubles, etc)
• Pilotage : ultra simple, avec un joystick (haut = avance, bas = recule, gauche = tourner sur soi-même à gauche, droite idem)
• Vitesse max : basse (je dirais un peu au pif 20 cm/s)
• Comportement : démarrage et arrêt progressif (pour éviter les accoups lors de l'utilisation du joystick) et peu d'inertie (doit s'arrêter très rapidement quand on lâche le joystick)

Donc pour obtenir un rayon de braquage nul, je partirais sur une plateforme avec 2 roues dans un même axe, chacune pilotée par un moteur CC (12V?), et une ou 2 petites roues libres (genre roue de siège de bureau) pour assurer une stabilité de la plateforme.

==> Quel moteur me conseilleriez-vous? Sachant qu'il faudrait que la plateforme puisse être utilisée jusqu'au 3 ans de mon fils, voire plus, donc il faudrait que cette dernière puisse soutenir une charge d'environ 15 kilos (donc moteurs avec beaucoup de couple, et résistant au niveau des axes)



Pour obtenir un démarrage progressif (pas du 0/12V), et un arrêt progressif mais très rapide, que me conseilleriez-vous?
J'ai commencé à chercher et suis tombé sur le PWM, avec cet article qui explique comment allumer progressivement une lampe, mais je ne sais pas si ça peut marcher avec un moteur.
J'ai trouvé aussi ce gros tuto mais pas encore lu, mais à priori il n'explique pas comment obtenir une variation automatique de la vitesse (en effet je ne cherche pas un circuit PWM avec potar, comme ce qu'on trouve sur Amazon, mais un circuit qui permettrait de passer de 0 RPM à X RPM (X de préférence paramétrable) en N secondes (N paramétrable)


Ensuite pour la partie commande (tout le circuit qui va connecter le joystick, les batteries et les moteurs), j'ai cru comprendre qu'il fallait utiliser un "pont en H" pour inverser la rotation des moteurs, mais j'aurais là également besoin d'un très gros coup de main sur la carte électronique à réaliser.



Je suis au tout début du projet, mais je souhaite vraiment pouvoir le réaliser au plus vite (c'est maintenant que mon petit gars doit pouvoir bouger), c'est pourquoi j'espère que votre communauté pourra m'aider à mener à bien cette entreprise
Merci par avance.
-----

[PIXEL]

hello ,

commence par faire une épure de l'objet

les problémes électriques viendront en second

[antek]

Si tu veux une réalisation rapide je suggère d'acheter les cartes toutes faites (pont H, commande pont H, PICAXE, accus, chargeur).
Vu les vitesses demandées un moto-réducteur serait préférable.

Commencer par déterminer la puissance moteur nécessaire, puis choisir le moto-réducteur qui va bien.
Ne pas oublier les sécurités (véhicule en butée, panne de la commande, température accus, etc).

[dj00le]

Bonjour,
Merci pour vos réponses.

@PIXEL : je vais m'atteler à modéliser le bestiau, mais vu que je ne connais pas encore l'encombrement et la forme des divers composants nécessaire, j'ai pas toutes les infos pour faire un truc précis, mais je vais commencer quelque chose.
Ceci dit, je préfère déjà penser "au plus dur" pour essayer d'avancer en parallèle et réduire le temps entre maintenant et la réalisation de la voiture.

@antek :
- je veux bien acheter des cartes toutes faites, mais il faut que je sache quoi acheter
- comment déterminer la puissance moteur?
- bien noté pour les sécurités, ce qui m'amène à poser cette question :
-- si la plateforme est bloquée et que le petit actionne le joy dans le sens du blocage, quoi mettre en place pour que le moteur ne soit pas endommagé? (ou peut-être est-ce déjà implémenté dans le moteur?)

[A voir en vidéo sur Futura]

[dj00le]

Bonsoir,

A défaut de savoir comment calculer la puissance nécessaire pour le moteur, je pense avoir trouvé comment calculer les RPM.

Si je pars du principe que les roues font D=20cm et que la vitesse max sera de V=30cm/s
Le moteur devra faire N=60V/(Pi.D)=28rpm
J'ai juste?

Et vaut-il mieux un moteur qui fait 30rpm avec des roues de 20cm ou un moteur qui fait 120rpm avec des roues de 5cm?
J'ai la sensation qu'un moteur qui tourne moins vite aura plus de couple et sera donc plus apte à déplacer une charge lourde, mais je préférais confirmation

[PIXEL]

pas de roues trop petites : elles vont bloquer sur le moindre obstacle ou dans la moquette.

les moteurs DC tournent tous peu ou prou dans les 3000 t/mn, la démultiplication fait le reste

[antek]

pas de roues trop petites : elles vont bloquer sur le moindre obstacle ou dans la moquette.
les moteurs DC tournent tous peu ou prou dans les 3000 t/mn, la démultiplication fait le reste

Oui
Donc roues diam 20 cm mini et motoréducteur.

[antek]

Bonjour,
- comment déterminer la puissance moteur?

Définit la masse totale (véhicule + bonhomme) :
- chassis
- moteurs
- accus
- électronique + accessoires
Calcule la puissance à fournir pour monter une rampe de 20% à la vitesse nominale.
Ensuite il faut trouver un moteur avec sa roue qui tourne à la bonne vitesse avec le bon couple.

[dj00le]

Bonjour,

C'est bien noté pour les roues, je reste sur du 20cm.

Je vais m'atteler à la définition de la masse totale.

Pour calculer la puissance à fournir en fonction de la masse et la rampe, j'ai trouvé ce petit article fort intéressant.

Concernant la vitesse maximale, que j'avais fixé un peu arbitrairement, je revoie ma copie et me base sur la vitesse de marche qui est de 4km/h en moyenne, soit 1,1 m/s, et j’arrondis à 1m/s

[PIXEL]

je pense qu'un moteur de "moto jouet" devrait convenir , avec sa transmission

avantage : ça se trouve d'occase à pas cher ( bien moins cher qu'un moteur seul)
les propriétaires bennant ces jouets dés que la batterie est morte

http://www.leboncoin.fr/jeux_jouets/...26.htm?ca=12_s

[dj00le]

Bonjour PIXEL, bonne idée.
J'avais pensé à utiliser des moto/voitures jouets à la base, mais j'avais laissé tomber après avoir réalisé que je n'arriverais pas à les customiser pour avoir un rayon de braquage nul et un encombrement suffisamment faible.
Mais je n'avais pas penser à regarder du coté des occasions pour récupérer le moteur.
Ces jouets étant fait pour déplacer un enfant les moteurs doivent en effet être suffisamment puissants/coupleux pour ce que je veux faire.
Je vais jeter un oeil.. (tous mes calculs théoriques pour rien snif )

[antek]

. . . (tous mes calculs théoriques pour rien snif )

Ben non, il te faut savoir la Pmax à demander aux moteurs.

[PIXEL]

bof , si ça emmène un enfant , c'est bon.

il faut savoir faire appel à la récup , ça éponge bien le budget !

[dj00le]

Un truc bizarre quand même..

J'ai calculé le couple moteur, la puissance mécanique et la vitesse de rotation du moteur nécessaires :

C le couple
N la vitesse de rotation
W la puissance mécanique

D le diamètre des roues (0,2m)
A l'accélaration max (1m/s2)
V la vitesse max (1m/s)
P le poids total (25kg)
Rampe (20°)

N = 60.V/Pi.D = 95tr/min
C = P.D(A+9,81.sin(R))/4 = 22Nm
W = V.P(A+9,81.sin(R))/4 = 27W

Je trouve énorme le couple nécessaire de 22Nm!!
Des moteurs ayant ce couple existent mais il coutent très cher!
Pourtant un moteur de voiture/quad/moto jouet est apte à déplacer un gamin de 20kg, à plus que 1m/s, et ne coute pas ce prix...
Elle est où l'arnaque?

[PIXEL]

j'ai pas vérifié le calcul , mais tu as calculé le couple aux roues , pas au moteur

[antek]

Tu as calculé la puissance à partir de l'accélération,
en calculant à partir de la vitesse sur rampe j'obtiens environ 47 W.

[dj00le]

On peut pas éditer les messages sur ce forum??..

Je me suis trompé :

W = V.P(A+9,81.sin(R))/2 = 54W

Pour le rendement du moteur, j'ai aucune idée, vu que j'ai pas encore trouvé le moteur..
Si je pars sur des moteurs de jouets, il faudra que je trouve 2 fois le même jouet d'occase, ce qui n'est pas forcément simple.
Si je pars sur un moteur neuf, je suis actuellement coincé sur les spec à respecter, car un couple de 22Nm est énorme, et je ne trouve pas de moteurs avec ce couple (à part des modèles très chers).

Mais si je pars sur un rendement théorique de 60% (au pif!), ça veut dire qu'il faudrait un puissance électrique de 90W.

P=U.I, I = 7,5A

Donc pour avoir une autonomie de 12h, il faut une batterie d'une capacité de C=2x12x7,5=180Ah

J'ai bon?

[dj00le]

j'ai pas vérifié le calcul , mais tu as calculé le couple aux roues , pas au moteur

Le diamètre de la roue rentre en compte pour le calcul du couple non? Ca me parait logique (mais je suis pas forcément logique moi-même!) qu'il faudra pas le même couple entre des roues de 3 cm et des roues de 50cm.
EDIT : en fait j'ai trouvé que le couple roue = couple moteur si le rapport de réduction est 1, ce qui sera le cas, vu que les roues seront directement montées sur l'axe des moteurs.
Donc c'est le bon couple, à priori.

Tu as calculé la puissance à partir de l'accélération,
en calculant à partir de la vitesse sur rampe j'obtiens environ 47 W.

J'ai calculé la puissance à partir de l'accélération et la vitesse.
Par contre j'ai divisé par 4 au lieu de 2, donc j'ai trouvé 54W (voir mon post précédent qui est resté coincé un petit moment donc arrivé après le tien).

[antek]

car un couple de 22Nm est énorme, et je ne trouve pas de moteurs avec ce couple (à part des modèles très chers).

Faut tout lire : couple à la roue et couple moteur c'est pas pareil.
Il te faut un moto-réducteur.
Je trouve la masse totale optimiste -> prend en compte une batterie de 10 kg ou pèse une batterie de 100 Ah.

[dj00le]

Du coup quelle est la formule pour calculer le couple moteur nécessaire et non pas le couple à la roue??

Je prend note pour la masse totale.

[PIXEL]

à partir de la vitesse de rotation moteur , à puissance égale, ( on oublie le rendement du réducteur)

[antek]

Du coup quelle est la formule pour calculer le couple moteur nécessaire et non pas le couple à la roue??

Les couples des moto-réducteurs sont donnés en sortie de réduction.

[dj00le]

Désolé, je n'arrive pas à déduire la formule de calcul du couple moteur par rapport à vos 2 derniers posts.

Sur ce calculateur, l'explication met encore une fois en jeu le rayon de la roue dans le calcul du couple nécessaire.. Donc je suis perdu car PIXEL me dit que ce sont 2 choses différentes.


En faisant le calcul manuellement ( couple = (a+g.sin(pente)).M.R/2 ) je trouve 10,88Nm alors que leur calculateur me donne 2 fois moins (bizarre).
Mais dans tous les cas ils utilisent le rayon de la roue, ce qui me parait somme toute logique..

Mais encore une fois, l'objectif (enfin un des objectif) de ce topic est de calculer les spec requises des moteurs (motoréducteurs), et pour le moment je suis perdu car on m'explique qu'il ne faut pas calculer le couple à la roue mais le couple moteur, et je n'ai toujours pas saisi la différence. Et les autres sites ne parlent que de ce que PIXEL appelle couple à la roue
==> Que référence l'indication "couple nominal" sur les specs des motoréducteur, le couple à la roue (que je connais) ou le couple moteur (que je ne sais pas calculer)?

[dj00le]

Je m'étais trompé dans mon calcul de 'couple à la roue', je trouve 5,44Nm pas 21,77Nm (j'avais pas divisé par 2 le diamètre et divisé par 2 pour les 2 moteurs)
C'est plus raisonnable
Par contre je calculateur que j'ai linké plus haut prend en compte le rendement du moteur pour le calcul du couple ce qui l'augmente de façon conséquente.

[dj00le]

Bonjour,
J'ai avancé dans mon projet.

Je pense faire l'impasse sur le système de démarrage progressif des moteurs, je n'ai trouvé aucune info sur le sujet. Ca doit être réalisable avec un arduino, mais je voudrais éviter de faire trop sophistiqué.
De plus, vu les moteurs choisis, et les caractéristiques de la voiture, je ne pense pas qu'il y ait besoin d'un tel système.

Pour le contrôle direction, je pars sur l'utilisation d'un joystick arcade (4 micro interrupteurs NO) branché sur 4 relais pour piloter les 2 moteurs.
Ca ressemblerait à ce schéma :

Sauf que moi je mettrais le +12V sur les NO des relais et non les NC (pour que les moteurs ne freinent pas lorsque le stick est au repos)

Il me reste une question pour les experts de ce forum : je souhaiterait ajouter un dispositif me permettant de limiter la vitesse maximale des 2 moteurs.
En effet, le montage ne contrôle pas la vitesse, et il faut que je puisse la limiter si la voiture va trop vite.

Comment puis-je faire ça? Est-ce que je peut monter une commande PWM de ce genre en parallèle entre la batterie 12V et les relais?

[ranarama]

hello Un pwm permet effectivement de diminuer la tension donc la vitesse. Mais si tu veux faire varier la vitesse, ce qui est le cas pour avoir une accélération douce je t'orienterais sur un montage arduino dans ce style : https://zestedesavoir.com/tutoriels/...oter-un-moteur

[dj00le]

Merci pour l'idée, j'avais en effet trouvé ce bel article au début de ma recherche, mais j'avais écarté l'idée d'utiliser un microcontroleur, trouvant que ça faisait un peu trop "riche" pour le besoin (pas d'un point de vue financier, mais d'un point de vue complexité).
En effet je n'ai aucune compétence en robotique, je souhaite donc réaliser quelque chose de simple, et surtout le plus rapidement possible (l'objectif étant de pouvoir faire rouler mon petit le plus vite possible).
Après, si je tombe sur un tuto qui explique de A à Z comment faire exactement ce que je recherche je ne cracherais pas dessus

Du coup j'avais un peu abandonné l'idée d'avoir un démarrage progressif, réalisant qu'au final le système ne sera pas une ferrari, et vu la vitesse max ça fera pas des wheeling au démarrage

C'est pour ça que je partais sur un système à base de relais, simple à mettre en oeuvre pour la commande des moteurs via un joystick arcade.
Mais je voulais juste intercaler un système me permettant de régler une vitesse max (au cas où justement ça aille un peu trop vite quand même).


Donc ma question était plus à propos de la compatibilité d'un contrôleur PWM de ce genre branché entre les relais (contacts NO et NC) et la batterie.

Il me semblait avoir lu quelque part qu'un relais n'était pas compatible PWM car il était trop lent... mais je ne trouve plus l'info et je pense que cette remarque ne s'applique que si on connecter le PWM sur la bobine du relais.

Mais bon, avant de finaliser mon choix et acheter tout le matériel, je préférais que des experts me confirment... ou m'indique une autre solution, simple à réaliser.

Merci par avance



Pour info, je liste le matériel retenu et ses caractéristiques :

2 moteurs 12 Vcc 20W 90tr/min 0.70Nm
2 roues motrices 10cm
1 batterie LiPo 11.1V 2500mAh 30C 181g
1 chargeur batterie LiPo
1 module de relais 5V à 4 canaux

La voiture devrait aller autour des 47cm/s soit 1.7km/h
Mais ceci est fonction du poids que je ne connais pas et qui variera avec le temps.

[ranarama]

oui je te confirme que PWM c'est effectivement incompatible avec des relais.

[dj00le]

Aïe, tu vois autre chose qui permettrait de régler la vitesse?
En plus je pense à un truc : si les moteurs vieillissent de façon hétérogène, je risque d'avoir une voiture qui ne roulera plus droit... il faudrait peut-être un système qui me permette de régler la vitesse de chaque moteur indépendamment..

[dj00le]

J'ai une autre question pratique.

Si la voiture bute contre un obstacle infranchissable (mur, meuble..) et que le pilote appuie sur le joystick pour la faire avancer, que va-t-il se passer pour les moteurs?
J'ai tendance à penser qu'ils vont surchauffer pour essayer de donner la puissance max, et que ça les endommagera.

Si c'est bien le cas, existe-t-il une parade, un genre de détection qui stopperait l'alimentation des moteurs tant qu'ils sont bloqués?