Dimensionnement du moteur de Curiosity

[MaximG90]

Bonjour,

Dans le carde de ma formation d'ingénieur je dois réaliser un projet qui consiste en la conception d'un robot mobile martien (Un peu comme Curiosity).

Curiosity

Pour cela je dois d'abord faire l'inventaire des forces s'appliquant au rover afin de dimensionner un moteur. Mais je trouve des valeurs un peu trop élevées.

Les données du rover :

• Masse total du rover : 10.6 kg
• Diamètre des roues : 13 cm (rayon = 0.065m)
• Vitesse max : 7 cm/s ( 0.07m/s )
• Accélération souhaité : 0 à 7cm/s en 2sec (acc = 0.035)
• Pente max : alpha = 45°

Le principe fondamental de la dynamique classique appliqué au solide type véhicule permet d’écrire l’équation suivante :

Fmot = Froul + Fpente + Facc + Fobs = 194.54 N

Où

• Froul est la force s’opposant au roulement venant des pertes des roues.
  Froul=k*m*g=0.16*10.6*9.81=16. 64 N
  k est le coefficient de frottement
  
• Fpente est la force s’opposant à l’avancement dans une pente.
  Fpente = m*sin (alpha)*g=10.6*sin (45°)*9.81=73.53 N
  
• Facc est la force s’opposant à l’accélération du véhicule
  Facc= m*acc=10.6*0.035=0.371 N
  
  
• Fobs est la force nécessaire pour surmonter un obstacle de la taille de la roue
  Fobs = m*g = 10.6*9.81 = 104 N

• F par roue : 194.54/6 = 32.43 N
• Couple par roue : C = F*r = 38.9 * 0.065 = 2.11 Nm
• Vitesse de rotation : w = v/r = 0.07/0.065 = 1.077 rad/s ou 10.28 tr/min

Donc au final il me faut un motoréducteur développant un couple de 2.11 Nm ce qui est énorme pour un petit robot.

Tout d'abord pourriez-vous me dire si Froul, Fpente et Facc sont correctes? Ensuite, j'ai du mal à calculer la force ou le couple nécessaire pour surpasser un obstacle qui est de même dimension qu'une roue (Fobs) . L'approximation par m*g me semble trop grossière.

J'espère que c'est assez clair,
Merci d'avance
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[Ouk A Passi]

Bonjour,

conception d'un robot mobile martien

Je suppose que ce "mini-rover" restera sur Terre (sur Mars, g= 3,7 m/s²).
Cependant votre cahier des charges me paraît très ambitieux.

Il me semble que le coefficient de roulement (0,16) est très grand. Où l'avez-vous trouvé?

Rien à dire sur les valeurs de Fpente et Facc.

Fobs est la force nécessaire pour surmonter un obstacle de la taille de la roue

L'approximation par m*g me semble trop grossière

Là je bloque! Je ne parviens pas à comprendre comment une roue de diamètre 13 cm pourrait franchir un obstacle de sa taille.


Pour vaincre les 194 N, vous avez besoin d'une puissance de 21 W, soit un couple de démarrage d'environ 20 N.m, soit 3,3 N.m par roue!
Cest d'autant plus surprenant que je ne retrouve pas vos valeurs (je me demande même si l'engin aura assez d'adhérence en voulant transmettre un tel couple).

F par roue : 194.54/6 = 32.43 N
Couple par roue : C = F*r = 38.9 * 0.065 = 2.11 Nm

Pourquoi 32,43 devient 38.9 ?

[invite07941352]

Bonjour,
Oui, le coefficient de roulement est beaucoup trop grand , 0.01 pour les autos ( très approximatif ...) .
Quand UNE roue passe un obstacle , les 3 autres restent au sol et le CG ne s'élève pas de la hauteur de l'obstacle .
C'est sûrement le point le plus difficile à évaluer .
Les valeurs ne sont pas "énormes" , l'engin a quand même une masse de 10 kg ...
Ce n'est pas un mais 4 motoréducteurs dont vous avez besoin , je resterai , au début, en puissance globale dans les calculs :
200 (N) . 0.07 (m/s) = 14 W , puissance très faible , il faudra majorer d'un coefficient de sécurité conséquent, pertes dans la transmission notamment non prises en compte .

[LPFR]

Bonjour.
La force de frottement de roulement dépend de la nature du sol, de la normale et du diamètre de la roue.
Voir Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_resistance
S'il roule sur du "dur", 0,17 est effectivement trop exagéré.
Si, comme Curiosity, il doit rouler sur du sable, alors 0,17 me semble trop optimiste. Le robot Spirit à fini ensablé.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MaximG90]

Bonjour, tout d'abord merci pour vos réponses

Je voudrais vous apporter quelques détails :

• Alors j'ai oublié de précisé que pour éviter de chercher des composants ou des matériaux très exotique on fait l'hypothèses que le rebot évolue sur terre d'où g=9.81 m/s²
• Pour ce qui est du coefficient de frottement j'ai pris k = le coefficient de frottement entre roues/chemin de terre en mauvais état. Mais je vais le revoir dans les bouquins.
• Le système de suspension de type "Rocker-bogie" est composé de 6 roues motrices et permet de surmonter un obstacle qui peut être en théorie 2x plus grand que le diamètre de la roue.
• Le coefficient de sécurité n'est pas pris dans mes calculs mais serait simplement le fait que 1 moteur tombe en panne et du coup seules les 5 roues reprendront l'effort.

Merci encore de vos réponses.

[Ouk A Passi]

Bonjour,

Vu ce jour dans l'Actualité FS
En image : les rovers tests d'ExoMars sur leur terrain de jeu [Lien]

Bon courage