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Déplacement par vibration et bilan des forces



  1. #1
    -Alex68-

    Déplacement par vibration et bilan des forces

    Bonjour,

    J'aimerais rendre compte sur le papier du déplacement d'un objet similaire au Kilobot : http://www.youtube.com/watch?v=ISMwLCFwgK4
    C'est un galet posé sur trois pattes, et c'est dans la direction de la patte vibrant le plus que se déplace le galet.
    J'ai du mal à faire ressortir le déplacement avec un bilan des forces car la vibration est une force interne...
    Quelqu'un saurait éclaircir cela ?


    Merci !

    -----


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  3. #2
    LPFR

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Bonjour.
    Rien n'est dit sur le mouvement des pattes. Un degré de liberté ? Deux ? Axial ? Tangentiel ?
    En tout cas, les frottements avec la surface sont surement la clé du mouvement.
    Au revoir.

  4. #3
    -Alex68-

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    A priori la vibration est de haut en bas.
    J'ai observé le même type de déplacement sur une machine de chantier, un "plateau". C'est un carré de métal lourd servant à aplanir le sol sur lequel tourne un moteur avec un poids excentré. Le moteur est vissé à l'avant du plateau et posé sur des amortisseurs à l'arrière de sorte que l'avant vibre beaucoup plus que l'arrière. Le problème est peut-être plus facile à modéliser. Il en résulte une forte traction vers l'avant.

  5. #4
    invite07941352

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Bonjour,
    Oui, la vibration serait verticale avec 2 moteurs par pied .
    C'est bien expliqué ici, en page 3, dans le brevet en fait , à condition de bien intégrer les explications en anglais , pas simple ...pour moi ...

    http://dash.harvard.edu/bitstream/ha...pdf?sequence=1
    "Un état bien dangereux : croire comprendre "

  6. #5
    LPFR

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Bonjour Catmandou.
    Je n'ai pas de problèmes avec l'anglais mais je ne "vois" pas le mouvement avec la description donnée.
    La vibration du support est verticale et les pattes sont inclinées. Il est laissé entendre que c'est cette inclinaison et le moteur de vibration décentré qui crée l'avancement.
    Je ne "vois" pas la composante horizontale dans les forces sur une patte quand elle sautille (même en tenant compte des frottements).
    Il faut réfléchir.
    Dans les références il donne cette autre version élémentaire du même type de locomotion:
    http://www.evilmadscientist.com/2007...onal-vibrobot/
    Au revoir.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    invite07941352

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Bonjour LPFR ,
    Bon, d'un coté, je suis rassuré , ce n'est pas seulement mon anglais ...
    Je n'ai pas compris s'il y avait 1 ou 2 moteurs par patte . Oui, les pattes sont inclinées , on doit jouer quelque part sur une élasticité , celle des pattes ?
    Sans doute le résultat d' effets tout à fait anodins et mineurs , difficile à imaginer .
    Et je ne vois pas trop non plus, la machine dont parle Alex68 .
    "Un état bien dangereux : croire comprendre "

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  10. #7
    LPFR

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Re.
    Il y a deux moteurs par Kilobot. On les voit dans la figure 2.
    La machine en question doit être de ce genre:
    http://fr.made-in-china.com/co_cnloo...hheiyneuy.html
    A+

  11. #8
    -Alex68-

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Oui c'est bien cette machine, la configuration est différente mais le principe de locomotion semble similaire.
    Ce qui est étonnant, c'est que les pattes arrières ne sont plus inclinées sur les Kilobots récents, elles l'étaient seulement pour les prototypes.
    Peut-être que les vibrations pourraient emmener l'objet dans tous les sens (la vibration n'est pas orientée), mais il avance du côté où la vibration est la plus forte car le frottement avec le sol est statistiquement moindre de ce côté là...?
    Cette explication semble aussi convenir aux "bristlebots".
    C'est peu satisfaisant comme explication, mais il ne semble pas y avoir mieux pour l'instant...
    Dernière modification par -Alex68- ; 11/09/2013 à 21h41.

  12. #9
    interferences

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Bonjour,

    Le principe n'est pas très simple et si il n'y a pas de frottement ça ne peut pas marcher (comme tout mouvement sinon il faut qu'il y ait conservation de la quantité de mouvement) .

    Considérons la patte inclinée du robot quittant sur le sol après une vibration (c'est elle qui nous intéresse puisque c'est elle qui propulse le robot).
    Cette patte étant correctement fixée au plateau :

    - la force exercé par le plateau sur la patte au point de fixation de celle-ci a pour direction le point d'appui au sol de la patte.
    - la force exercé par le sol sur la patte au point d'appui au sol de celle-ci a pour direction soit le point de fixation de la patte (direction dans le cône de frottement) soit la tangente au cône de frottement la plus proche du point de fixation de la patte. (Dans ce dernier cas il apparaît un moment au niveau du point de fixation).

    La valeur de la force dépendant de l'énergie fournie à l'impulsion par le moteur.
    Ce qui est assez remarquable c'est qu'en théorie le robot n'a pas besoin de décoller ses pattes pour avancer.


    Au revoir

    PS : Bon je reprendrai ça après quelques heures de sommeil ^^
    Dernière modification par interferences ; 12/09/2013 à 00h24.
    Ce n'est pas le doute qui rend fou, c'est la certitude.

  13. #10
    LPFR

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Bonjour.
    Je pense avoir trouvé la raison de l'avancement.
    Contrairement à ce qui est dit dans le premier post, la vibration n'est pas verticale.
    En effet le vibreur est du type utilisé dans les téléphones portables: un simple moteur qui entraine une excentrique. La vibration est donc circulaire. Ceci fait qu'en plus de la variation de la force verticale, il y a aussi une oscillation de la composante horizontale.

    La simulation est piégeuse. Suivant la force normale et horizontale, situation de la patte peut être en frottement statique (la patte ne glisse pas), frottement dynamique (la patte glisse), et la patte "en l'air".
    À chaque situation, les équations qui décrivent les forces et le mouvement sont différentes.

    Par exemple la force verticale est grande et la force horizontale ne peut pas vaincre le frottement statique. Dans l'autre phase, la force verticale diminue et la force horizontale fait glisser la patte.

    Cette force horizontale explique pourquoi les Kilobots tournent quand un seul des moteurs est en route. Car ils sont placés sur le côté, et les forces sont tangentielles.
    Au revoir.

  14. #11
    interferences

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Re,

    Voici un schéma de l'impulsion :

    Futura.png

    Supposons les pattes assez inclinées pour que les force exercées à l'impulsion se situent sur les cônes de frottement.
    Supposons une impulsion de 2/3 fois le poids de l'engin.
    L'engin ne pèse plus que 2/3 de son poids "réel" (1-1/2*2/3).
    Si on passe au-dessus de cette valeur le robot avance.
    On trouve que pour une impulsion situé entre 2/3 et 4/3 fois le poids, le robot peut avancer sans décoller les pattes arrières.
    Ce qui d'après moi est le comportement optimal.

    Au revoir
    Ce n'est pas le doute qui rend fou, c'est la certitude.

  15. #12
    interferences

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Re,

    @LPFR : C'est vrai que ça pourrais s'expliquer par l'excentrique du moteur mais dans ce cas pourquoi avoir incliné les pattes.
    Mon explication n'a besoin que d'une vibration verticale des pattes arrières. Ce qui semble être le cas vu l'emplacement des moteurs.

    Au revoir
    Ce n'est pas le doute qui rend fou, c'est la certitude.

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  17. #13
    LPFR

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Re.
    Je ne "sens" pas ce mode de fonctionnement. Il faudrait que les pattes soient très inclinées et quelles plient.
    Et il faudrait surtout avoir de vibreurs linéaires. On en trouve sur le web, mais pas de dimensions comme celles que l'on voit sur la photo.
    A+

  18. #14
    interferences

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Re,

    Pas besoin que les pattes plient, ni même que les vibreurs soient forcément parfaitement linéaires.
    Il n'est même pas besoin d'avoir les moteurs au niveau des pattes inclinées. On peut imaginé un vibreur central mais dans ce cas, il faut que l'impulsion soit plus importante. C'est l'asymétrie du robot qui le fait se déplacer.

    On voit ici que le vibreur n'est pas placé de façon à présenter correctement le balourd. Certes les poils d'une brosse à dents sont souple mais ce n'est pas ça qui est responsable du mouvement vers l'avant.

    Vous connaissez le bâton sauteur ...le principe est le même sauf que l'excitation n'est plus crée par le ressort (et par vous à travers lui) mais par le vibreur.
    Pour avancer sur un bâton sauteur, il faut bien se pencher vers l'avant...là c'est la même chose.

    Au revoir
    Dernière modification par interferences ; 12/09/2013 à 08h45.
    Ce n'est pas le doute qui rend fou, c'est la certitude.

  19. #15
    LPFR

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Citation Envoyé par interferences Voir le message
    ...
    Pour avancer sur un bâton sauteur, il faut bien se pencher vers l'avant...là c'est la même chose.

    Au revoir
    Re.
    Non je ne le pense pas.
    A+

  20. #16
    -Alex68-

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    @LPFR : La vibration horizontale n'a pas de raison d'être orientée, pourquoi le robot avancerait-il ? Je ne pense pas que la disposition du vibreur place la vibration uniquement dans un plan, les diverses réflexions et résonances dans le robots doivent rendre la vibration assez omnidirectionnelle. Sinon, le simple fait de changer l'orientation du vibreur, ou même le sens le courant dans le moteur transformerait la traction en propulsion, j'en doute, mais il faudrait vérifier. Et puis ça ne ne convient pas avec la configuration des multiples bristlebots ayant l'axe de leur moteur dans la direction de déplacement.
    J'ai vraiment l'impression que c'est le lieu de plus grande vibration dans l'objet qui importe.

    J'ai peut-être une autre explication : considérons uniquement les vibrations verticales, localisées sur un bord d'un palet posé à plat sur un sol assez lisse :
    Le côté vibrant se soulève donc puis s'abaisse à nouveau légèrement, et ce environ 10000 fois par minute, c'est-à-dire quand même 170 fois par seconde !
    Quand la force de la vibration est dirigée vers le haut, le palet qui s'incline un peu, appuyé sur l'extrémité non vibrante. Mais le centre de masse n'a pas de raison de reculer ou d'avancer, il se soulève seulement légèrement (2 fois moins que l'extrémité vibrante), et puisque l'objet est rigide, l'autre extrémité appuyée sur le sol glisse vers l'avant pour permettre l'inclinaison du palet (ce qui est facilité par la force vibratoire qui compense un peu le poids du palet).
    Quand la force de la vibration est dirigée vers le bas, le palet retombe droit, mais la force allant dans le même sens que le poids, la force de frottement au point d'appuie est plus importante pendant la chute, ce qui rend le mouvement de recul plus difficile que celui d'avancée. A chaque vibration, le palet avance donc de quelques pouièmes de mm, mais 170 pouièmes par seconde, ça commence quand même à faire...

    Qu'en pensez-vous ?

  21. #17
    interferences

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Re,

    Ton explication est juste, mais en pratique il me semble très peu probable que le palet avance...l'idée du balourd de LPFR serait d'après moi beaucoup plus efficace.
    Je réitère mon analogie avec les bâtons sauteurs : les pattes arrières se comportent exactement de la même façon, il suffit de faire un bilan des force à l'impulsion pour s'en apercevoir.

    Au revoir
    Ce n'est pas le doute qui rend fou, c'est la certitude.

  22. #18
    LPFR

    Re : Déplacement par vibration et bilan des forces

    Bonjour Interferences et -Alex68-,
    Je ne suis pas spécialiste du sujet et je ne connaissais pas l'existence des Kilobots avant cette discussion.
    J'ai réfléchi et je vous ai exposé ce que j'ai trouvé.
    Si ça peut aider -Alex68- tant mieux. C'était mon intention. Mais si mon explication ne vous convient pas, tant pis.
    Au revoir.

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