Robotique mouvement mécanique

[fabien bric top]

Bonjour à tous !

J’ai réalisé un robot qui effectue une montée verticale en Z à l’aide de deux vérins équipés d’encodeurs (pilotage synchrone).
Le guidage est assuré par quatre rails SBR20.

Actuellement, la montée s’effectue, mais mon système n’est pas optimal : il nécessite un réglage trop fin, car j’impose trop de contraintes simultanées à cause des quatre rails SBR20.
Après plusieurs (beaucoup ) recherches, j’ai découvert que ce type de système ne doit comporter qu’un seul rail maître au maximum, un second rail monté sur trous oblongs, et un ou deux stabilisateurs (par exemple des roulettes), sans que cela n’affecte les degrés de liberté.

Mon objectif est de fluidifier la montée et d’éviter les réglages complexes, tout en conservant une stabilité exemplaire.

J’espère qu’il y aura parmi vous un super mécano , car on touche ici à de la mécanique de précision.
Je pense être proche de la solution ; j’ai quelques idées, mais je préfère ne pas faire refabriquer une pièce sans être sûr d’être sur la bonne voie — question de budget oblige 

Merci d’avance pour l’aide que vous m’apporterez !
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[XK150]

Bonjour ,

Sans aucune idée des dimensions , de la charge , du débattement , difficile de répondre .

Je reste sur le principe du guidage : une seule colonne support centrale et une ( ou 2 ... ) douilles à billes pour le plateau .

[fabien bric top]

Bonjour,
Merci pour votre réponse.

Le poids est d’environ 20 kg, mais cela n’a pas une grande importance ici : les vérins sont bien dimensionnés.
La hauteur des rails SBR20 est de 140 mm, et la hauteur de course est de 90 mm.
Il m’est impossible d’avoir une colonne centrale, l’architecture du reste du robot ne le permet pas.

[XK150]

Re ,

2 colonnes à billes en diagonale ( auprès des vérins élévateurs ) , une des douille est monté rigide sur le plateau , la douille opposée est montée élastique ( à très léger débattement ).

[A voir en vidéo sur Futura]

[fabien bric top]

D’accord, c’est bien ce à quoi je pensais.
J’ai peur que cela manque de stabilité avec uniquement deux rails, les autres coins je ne met rien? il risque d'y avoir un problème de niveau non?
J’utilise actuellement des douilles autolubrifiantes en bronze graphite (pour éviter la rouille). Est-ce que les douilles à billes sont meilleures ?
Ce sont bien les douilles que vous montez en rigide ou en élastique, pas les rails ?
Et comment procéderiez-vous pour faire cela ?

[XK150]

Dans mon idée , je laissais aussi les rails avec du jeu .

Maintenant pourquoi pas 4 colonnes ?

Oui , 4 colonnes sur un socle unique , montées absolument rigides , parallèles , etc , etc ... Une douille fixe , et les 3 dernières légèrement élastiques .
Au besoin , pouvez vous mettre un cadre supérieur reliant les 4 colonnes , ce serait évidemment l'idéal .
Douilles à billies : moins de jeu , moins de frottement , pas d'entretien .
Risque de rouille ? colonnes inox ou bronze .

[fabien bric top]

C’est techniquement impossible d’avoir quatre rails montés rigides et parfaitement parallèles : il y aura toujours une petite erreur d’alignement, même très faible, ce qui surcontraint le mécanisme.

Sauf, comme vous le dites, en montant trois chariots de manière “élastique” — mais je ne vois pas trop comment réaliser ce type de montage proprement, surtout que je dois garder un peu de jeu en X et en Y (et le Z sera forcément influencé par le manque de précision d’alignement des rails). Les trous oblongs devraient peut-être absorber une partie de cette erreur, je pense.

Quand vous parlez de colonne, s’agit-il de l’ensemble rail + chariot ? Je préfère être sûr qu’on parle bien de la même chose

Enfin, lorsque vous évoquez “un cadre supérieur reliant les quatre colonnes”, parlez-vous d’un élément qui viendrait verrouiller les chariots entre eux pour éviter toute flexion ?
C’est assez contre-intuitif, car cela réduit la liberté des chariots, mais en même temps, ça force leur alignement… J’avoue que je ne sais plus trop comment aborder le problème

[Forhorse]

Et avec des ciseaux, ça ne serait pas assez précis ?

[XK150]

Il est possible que l'on ne se comprenne pas ! Vous parlez maintenant de " plusieurs chariots " ?

J'en suis à tenter de faire monter verticalement un plateau sur une course de 90 mm ( faible ) , plateau guidé en ses 4 coins .

Sur le principe , j'applique ceci aux 4 coins du plateau : https://eshop.rabourdin.fr/fr/bague/...-lineaire.html

Les axes D1 sont mes 4 "colonnes " . Il ne reste rien ( sauf les vérins ) de votre précédente étude .

[Mecanik77]

Bonjour,
Au-delà du fait que le système présente un important degré d'hyperstatisme, je ne vois pas comment on pourra éviter le phénomène d'arc-boutement.
L'action simultanée des deux vérins va donner naissance à un couple le long de l'axe du déplacement vertical.
Il faut revoir la conception, ou alors je n'ai pas tout compris au système.
comme le dit Forhose pourquoi ne pas vous orientez vers un système à ciseaux? Ce n'est pas possible?Sans titre.jpg

[fabien bric top]

Bonjour à tous,

XK150 – Le problème resterait malheureusement le même, je pense que ce serait même encore plus rigide.

Mecanik77 – Très bonne remarque ! En effet, cela crée un couple rotatif. Initialement, j’avais placé les vérins du même côté, mais cela ne soulevait les chariots que du côté “cul” des vérins.

Pour répondre à Forhorse, j’ai un espace limité pour positionner les vérins — ou alors j’analyse mal la configuration possible (ce qui est tout à fait possible) — mais je trouve ça moins stable.

J’y ai réfléchi aujourd’hui, et je me dis qu’avec deux rails coplanaires montés contre la plaque rouge, l’un fixe et l’autre coulissant via des trous oblongs, et avec les deux vérins poussant dans le même sens, ce serait mécaniquement plus sain. Peut-être faudrait-il leur donner une légère inclinaison (1 ou 2 degrés) dans le sens du déploiement des vérins.

Je ne suis pas contre l’idée d’étudier la solution à ciseaux — toutes les idées sont bonnes à prendre !

[polo974]

Si tu mets tes rails sur le rectangle rouge et tes vérins selon les flèches vertes, tu as un bras de levier très important sur tes bagues coulissantes.

Il vaudrait mieux mettre tes rails du côté gauche (à l'opposé du rectangle rouge) ou au milieu (juste après les verins, mais en remontant le rail et la bague pour se raprocher de la tête de vérin.


En fait, quels sont les volumes disponibles ?
Le mieux serait de pouvoir mettre les bagues "au même endroit" que les fixations hautes des verins mais décalé de part et d'autre pour ne pas interférer bien sûr.

[fabien bric top]

Polo 974, d’accord, il vaudrait mieux le mettre de ce côté-là ? De cette façon, ce sont les rails qui prendraient les contraintes et non les chariots ?

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Je ne suis pas sûr(e) de comprendre ta seconde remarque. Le problème, c’est que je ne peux pas allonger mes rails : je suis limité(e) en hauteur. Si je mets le chariot en haut du rail, il sera dans le vide en position haute. Je partagerai quelques plans pour mieux visualiser.
Quelles sont les dimensions qui t’intéressent ?

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[Positron1]

Salut,
Dans un tout autre ordre d'idée: à la place des 4 colonnes, 4 vis et roue à chaine , un motoréducteur + roue à chaine une chaine qui dessert les 4 vis , le vis servent également de guide

[polo974]

Polo 974, d’accord, il vaudrait mieux le mettre de ce côté-là ? De cette façon, ce sont les rails qui prendraient les contraintes et non les chariots ?

Oui, de ce coté.
En fait, c'est la distance entre la droite formée par le vérin et le centre de la bague qu'il faut réduire.
C'est en gros le bras de levier de basculement imposé à la bague. Ce bras de levier applique un couple sur la bague et elle ne va pas aimer.
Et c'est en position basse (vérin quasi horizontal) où la force est la plus grande qu'il faut le plus la réduire (voir plus bas).

Je ne suis pas sûr(e) de comprendre ta seconde remarque. Le problème, c’est que je ne peux pas allonger mes rails : je suis limité(e) en hauteur. Si je mets le chariot en haut du rail, il sera dans le vide en position haute. Je partagerai quelques plans pour mieux visualiser.

Oui, j'ai un peu traversé le plafond...

Quelles sont les dimensions qui t’intéressent ?

En fait, nous indiquer les volumes libres où on pourrait mettre les guides ou autres ciseaux .

Par exemple, si tu peux mettre tes guides de part et d'autre des vérins, il doit être possible de mieux réduire le bras de levier, surtout en position basse où la force dans le vérin doit être facilement le double de celle en position haute.

En espérant avoir été clair...

[fabien bric top]

Salut tout le monde !

Positron1, je ne vais pas tout casser

Polo974, si j’ai bien compris, c’est la projection de la tige de poussée du vérin : plus le rail est éloigné, plus le levier est grand et plus on force. J’ai fait un dessin pour qu’on avance dans le même sens ; ce n’est pas évident ^^
Donc le but est de rapprocher les rails du vérin. Ça soulève deux problèmes, je pense :
– la perte de stabilité de la plateforme ;
– le manque de couple du vérin pour contrer les désalignements.

Tu me parlais de mettre les chariots plus haut (pour que le centre de la bague soit au plus près du haut du vérin). Si je mets des chariots plus grands (il existe des douilles plus longues), ça devrait pouvoir aider à stabilisé le système, mais j'augmente aussi la distance du centre bague (après les contraintes se partage plus sur la bague)?

Sinon, pendant la phase de levée ou de descente, la charge est plutôt centrée ; ensuite, non. L’arrière des vérins devrait plutôt être côté charge, non ? Je me pose pas mal de questions sur la rigidité du système une fois en haut ; avec les quatre rails, c’était sûr, c’était stable ^^.
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[fabien bric top]

Donc, si je veux centrer ma bague sur la droite, la position 1 est mieux. Il restera le problème de stabilité.

[fabien bric top]

J’ai un peu cogité �� : le plus simple, sans tout casser et pour que ça reste adaptable, ce serait ça (ce n’est que mon idée). Par la suite, on pourrait changer l’orientation des rails de 90° pour qu’ils encaissent mieux l’effort au démarrage dû à l’inclinaison des vérins.

[polo974]

Donc, si je veux centrer ma bague sur la droite, la position 1 est mieux. Il restera le problème de stabilité.

La distance axe du vérin/centre de bague est la plus petite distance, donc la longueur du segment perpendiculaire à l'axe du vérin passant par le centre de la bague. C'est important car le vérin bascule quand le plateau monte/descend.

Ton dessin, c'est bien position basse? Je considère que oui, vu que le vérin semble rentré.

La 1 (ou plus proche du vérin si possible) est le mieux pour la position basse (là où la force du vérin est la plus élevée pour la même charge verticale), mais se dégrade doublement en position haute (la bague monte et en basculant, l'axe "descend" de ce coté, bref, la distance augmente "doublement".

La 2 est plus loin en position basse, mais les variations se compensent.

Le mieux se situe "quelque part" à mi chemin, donc s'il est possible de mettre les guides de part et d’autre des vérins, on aurait plus de possibilité d'ajustement. D'où la question des espaces disponibles (enfin, s'il y en a)...

En premier essai, je garderai les vérins (tête-bêche) où ils sont, je garderai juste 2 guidages en diagonale (ceux au plus près des vérins) dont un monté souple si possible.

[Positron1]

Salut,

Positron1, je ne vais pas tout casser

Je te comprends, mais tu vas le regretter, c'eut été plus facile et sans contrainte

[polo974]

à propos de "tout casser" ou pas:

Salut,

Je te comprends, mais tu vas le regretter, c'eut été plus facile et sans contrainte

Très sincèrement, je suis assez d'accord.
Le problème, c'est que le Z n'est pas bien maîtrisé, et seul la petite hauteur des bagues tentent d'empêcher le basculement du plateau.

Un système de ciseau ou autre permettrait de maîtriser l'horizontalité

[fabien bric top]

Bonjour Monsieur,

Désolé pour le silence radio, j’ai été pas mal occupé :/

Polo974, merci ! Je commence à bien comprendre les rudiments concernant les rails, Si tu as des lectures à me conseiller pour toutes ces notions de base, je suis preneur.  En gardant les rails au cul des vérins en diagonale, je continue à transmettre un couple rotatif par contre :/

Positron1, je ne suis pas contre modifier le système (supprimer les rails). J’imagine que le système dont tu parles est le même que celui utilisé pour les imprimantes 3D (système à deux vis sans fin) ?

Un motoréducteur compact pour lever un tel système me paraît optimiste par rapport à la puissance de mes deux vérins, non ?

Mais le problème principal reste le même que pour les rails : les vis ne seront jamais parfaitement parallèles. Et si je dois revoir complètement cette partie de ma conception (c'est possible), c’est pour simplifier la mécanique. Vu le nombre de pièces nécessaires, j’en doute.

 Le système en ciseaux, vous le verriez comment, en admettant qu’il y ait la place ?

[Positron1]

Salut,

système à deux vis sans fin)

Ce n'est pas des vis sans fin, c'est paliers, vis et écrous et roues dentées pour transmission à chaine, ou poulies crantées pour transmission par courroie, comme tu as vu sur les imprimantes 3 D
Les vis sans fin sont utilisées dans les réducteurs

Un motoréducteur compact pour lever un tel système me paraît optimiste par rapport à la puissance de mes deux vérins, non ?

La puissance du motoréducteur est fonction de la charge à lever (20 Kg je crois) à quelle vitesse, en combien de temps, le fréquence d'utilisation, le nombre de manipulation, la durée de vie de ta machine (huit jours? vingt ans ? )
Cela peut aller d'une centaine de Watts à deux ou trois fois plus

[fabien bric top]

Hello,

Oui, erreur de terme, on s'est compris, rien de grave . Quoi qu'il en soit, le nombre de pièces nécessaires à un montage de ce type explose. Il faudra quand même des rails de guidage (même problème) en plus des vis, sans parler des tensions de chaîne et des renvois d'angle dans chaque coin. J'avais déjà envisagé cette solution, mais elle me paraît bien plus complexe à mettre en œuvre.

Pour le moteur, s'il est de qualité, il n'y a que le couple qui compte (proportionnel au courant et à la vitesse, donc indirectement à la tension gérée en PWM), mais aussi à l'implantation du moteur qui ne sera pas centré, et au centrage de la charge. Donc le poids de 20 kg ne reflète pas la charge directe qu'il aura à supporter. Cela devient beaucoup plus compliqué que de calculer la puissance d'un vérin selon son inclinaison initiale (en considérant un système parfait).

[Positron1]

Salut,

Il faudra quand même des rails de guidage (même problème)

Non, c'est les vis qui guident, bien évidemment, tu ne vas pas mettre des vis de 6 !!!