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Electronique du pont élévateur – Prototype Ep2

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À la suite du premier article sur la version initiale de l’électronique du pont élévateur, celui-ci présente les principales évolutions techniques mises en œuvre.… Lire la suite →

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Sommaire

  1. Introduction
  2. Présentation générale
    1. Evolution de la conception
    2. Description générale du système
    3. Implantation des nouveaux éléments
  3. Conclusions
  4. Voir aussi
    1. Articles – Pont élévateur
    2. Story – Pont élévateur
    3. Articles – Prototypes

Introduction

Le premier prototype du système électronique destiné à la commande des quatre moteurs du pont élévateur du diorama pédagogique de la Batcave a mis en évidence plusieurs dysfonctionnements. Ceux-ci résultent principalement d’un choix de composants inadapté lors de la phase de conception, notamment au regard des performances attendues du système. Plus précisément, le prototype a révélé les limites techniques des quatre convertisseurs fréquence-tension utilisés comme interface entre les plateformes moteurs et la console de commande.

Les moteurs fonctionnant à des fréquences inférieures à 500 Hz, les convertisseurs délivrent des tensions de sortie présentant des variations inférieures à 50 mV. L’acquisition, la transmission et le traitement de ces signaux de très faible amplitude induisent un taux d’incertitude trop élevé pour garantir un fonctionnement suffisamment fiable et prévenir les risques de blocage du pont élévateur.

Présentation générale

Evolution de la conception

L’objectif principal de ce nouveau prototype est de valider le principe des modifications proposées à la conception initiale. Celles-ci reposent notamment sur le remplacement des quatre modules de conversion fréquence-tension par une carte à microcontrôleur de type Arduino.

Un second objectif consiste à évaluer l’intégration d’un écran LCD I2C associé au microcontrôleur, permettant l’affichage local des vitesses de rotation des moteurs ainsi que leur traitement au plus près des plateformes. Cette amélioration, non envisagée dans la conception initiale, a émergé lors de l’utilisation de la plateforme TinkerCAD, au cours de la simulation du remplacement des modules de conversion par un Arduino.

Un troisième objectif vise à valider un nouveau mode d’échange d’informations entre l’armoire électrique d’acquisition des signaux issus des capteurs optiques et la console de commande. Le premier prototype reposait sur la transmission de quatre signaux analogiques correspondant aux tensions en sortie des convertisseurs. L’intégration d’un microcontrôleur dans l’armoire électrique permet désormais d’envisager une communication plus fiable via les ports série (Rx/Tx). Le traitement des signaux est ainsi déporté vers ce microcontrôleur, libérant celui de la console de commande, qui est alors exclusivement dédié à la mise à jour de l’affichage sur l’écran TFT 2,8″.

Description générale du système

Comme indiqué dans la conclusion de l’analyse du premier prototype, l’architecture générale du système électronique a été globalement reconduite. Le dispositif comprend ainsi les quatre plateformes moteurs assurant l’entraînement des axes du pont élévateur, connectées à deux armoires électriques distinctes :

  • une armoire [1] dédiée à l’acquisition et au traitement des signaux en fréquence issus des capteurs optiques des plateformes ;
  • une armoire [2] destinée à la commande du sens et de la vitesse de rotation des moteurs.

Dans le cadre de ce nouveau prototype, un microcontrôleur Arduino UNO R3, déjà disponible dans le stock du projet BATLab112, a été retenu pour remplacer les quatre modules de conversion. Ce choix, fondé sur une démarche de rationalisation des coûts, demeure provisoire et pourra évoluer au cours des phases ultérieures du projet.

Implantation des nouveaux éléments

  • Le microcontrôleur Arduino Uno est installé à plat devant les armoires électriques.
  • L’écran LCD i2C est positionné de face, à proximité.
  • La liaison de transmission série entre les microcontrôleurs est assurée par le câble bleu et blanc.
  • Les quatre câbles transmettant les signaux en tension des convertisseurs vers la console de commande ont été supprimés : l’Arduino Uno est désormais connecté, via l’armoire n°1, directement aux sorties des capteurs optiques des plateformes moteurs.
  • Le câble transmettant la commande de vitesse entre la console et l’armoire n°2 a été retiré. L’Arduino Uno fournit désormais quatre signaux à rapport cyclique réglable, permettant de piloter indépendamment la vitesse de rotation de chaque moteur.

Conclusions

La conclusion de l’article consacré au premier prototype soulignait deux axes principaux d’amélioration :

  • Le remplacement des convertisseurs fréquence-tension par un microcontrôleur Arduino
  • L’amélioration de l’esthétique et de la robustesse des PCB des borniers des armoires électriques.

Le présent travail confirme la validité du principe de remplacement des convertisseurs par un microcontrôleur. Il reste toutefois à déterminer le modèle Arduino le plus adapté pour une intégration définitive au sein de l’armoire électrique d’acquisition et de traitement des signaux issus des capteurs optiques des plateformes moteurs. Un premier état des lieux indique que l’usage de modules Arduino Nano serait pertinent, leurs dimensions et caractéristiques répondant aux contraintes d’intégration et de performance. Leur déploiement sera effectué lors de la révision de l’implantation interne des armoires électriques.

Enfin, la refonte des PCB des borniers des deux armoires électriques sera également réalisée au cours de cette même phase de réaménagement interne.trique sera aussi mise en oeuvre lors de la reprise de l’implantation interne de ces deux armoires.

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Story – Pont élévateur

Articles – Prototypes

Pont élévateur – Electronique – Prototype

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Cet article présente le premier prototype de l’électronique de commande du pont élévateur du diorama de la Batcave du projet BATLab112.… Lire la suite →

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Sommaire

  1. Introduction
  2. Implantation du prototype
  3. Présentation générale
  4. Quelques détails
  5. Fonctionnement général
  6. Vue d’ensemble du prototype en fonctionnement
  7. Analyse critique du résultat obtenu
  8. Conclusions
  9. Voir aussi

Introduction

Suite à la conception détaillée de l’électronique de commande du pont élévateur du diorama de la Batcave, l’objectif de ce prototype est de valider le principe de fonctionnement de cette électronique. Il s’agit dans un premier temps, de réaliser les prototypes des deux armoires électriques, contenant les montages électroniques de distribution de l’énergie électrique des moteurs et de mesures de leurs vitesses de rotation. Dans un deuxième temps, le câblage de ces armoires avec les plateformes moteurs et la console de commande, doit permettre de valider le fonctionnement global de ce système.

Ce prototype ne présente pas encore un niveau de finition abouti, compatible avec les ambitions de réalisme d’un diorama. La structure interne des deux armoires électriques principales est apparente, ainsi que celles des plateformes moteurs. Le câblage est très expérimentale et la console de commande est seulement simulée par un affichage sommaire sur un écran, même si des modèles opérationnels fonctionnent déjà pour la plateforme rotative et le pont roulant.

Implantation du prototype

Initialement, ce prototype devait être mis en oeuvre en situation, au sein du diorama de la Batcave. L’intérêt premier était de bénéficier de la proximité du local électrique du diorama de la Batcave, pour alimenter en énergie électrique les différents sous-ensembles électroniques ; moteurs, armoires électriques … Le deuxième intérêt était de disposer de l’environnement opérationnel du diorama de la Batcave comme décor, dans les publications sur les réseaux sociaux faites sur l’avancement du projet.

Finalement, le prototype de ce système électronique est réalisé à part du diorama de la Batcave. La manipulation des différents composants électriques et mécaniques est ainsi rendue plus aisée lors des différentes modifications opérées pendant la mise au point. Sa mise en oeuvre dans une enceinte en carton a notamment permis d’améliorer la gestion du câblage grâce aux tubes en aluminium, sans pour autant avoir eu besoin de concevoir et de fabriquer une structure mécanique spécifiques.

Cette enceinte en carton a aussi servi d’arrière plan dans les mises en scène des publications sur les réseaux sociaux, présentant l’avancement de ce système.

Présentation générale

Cette vidéo présente les différents éléments physiques de ce système électronique. Chaque élément est une reproduction à l’échelle 1/12 d’éléments réels d’un système électromécanique capable d’actionner les quatre axes d’un pont élévateur, pour une charge équivalente à celle de la Batmobile réelle d’une masse d’environ 4 tonnes. Cependant, une reproduction de l’aspect visuel et du fonctionnement d’origine de ces éléments électromécaniques réels n’est pas envisageable à cause des contraintes techniques induites par l’utilisation de technologies électroniques. Pour autant, l’architecture de ce système à l’échelle 1/12, le profil de chaque élément ainsi que leurs modes de fonctionnement restent très réaliste.

Plus d’infos :

Quelques détails

Les armoires électriques

Photo extrait n°001

L’armoire électrique de gauche contient l’électronique de mesure de la fréquence de rotation des 4 moteurs, dont 4 cartes PCB manufacturées convertisseur de fréquence en tension.
L’armoire électrique de droite contient l’électronique de distribution de l’énergie électrique vers les 4 moteurs, dont 2 cartes PCB manufacturées d’un double Pont en H.
Les structures de ces deux armoires électriques sont toutes les deux identiques aux modèles opérationnels développés pour le poste électrique du diorama. Elles sont fabriquées par impression 3D ainsi que tous les supports internes de PCB et les chemin de câbles.

Pour plus d’infos :

Les plateformes moteurs

Photo extrait n°002

Les prototypes de 4 plateformes moteurs d’entrainement des 4 axes verticaux du pont élévateur ont été précédemment réalisés et testés mécaniquement et électriquement, mais sans être couplés avec les axes du pont élévateurs.

Pour plus d’infos :

La console de commandes

Photo extrait n°003

La console de commande est réduite à une simple maquette électronique et d’une carte Arduino Mega, équipée d’un écran 2,8″. La partie gauche de la plaque de prototypage supporte le montage électronique d’un générateur de signal carré, cadencé à une fréquence de 2Hz, servant de signal d’horloge pour l’échantillonnage des mesures et de leurs affichages. La partie de droite, supporte deux switches pour piloter le sens de rotation des moteurs, ainsi que le montage électronique d’un générateur de signal carré, dont la variation du rapport cyclique commande la variation de vitesse de rotation.

Pour plus d’infos :

Le câblage

Photo extrait n°004

Le câblage est très expérimentale. Il n’a fait l’objet d’aucune conception en amont. Le câblage est réalisé à partir de câbles électriques issus de récupération, équipés de connecteurs de type Jack Audio 3,5 mm.
L’aspect expérimentale se justifie par le fait qu’il est toujours difficile d’anticiper le volume occupé par les câbles particulièrement en interne des armoires. Modéliser ce câblage lors de la phase de conception serait très chronophage. De plus, la modélisation du câblage aurait imposée de modéliser la structure supportant le câblage, ce qui aurait encore ajouter à l’aspect chronophage de cette tâche.

Pour + d’infos :

Fonctionnement général

La vidéo présente le principe de fonctionnement général de ce système électronique. Elle met en évidence la commande du sens de rotation des 4 moteurs, par l’intermédiaire de la combinaison des deux switches de la console de commande, ainsi que des PCB des doubles Ponts en H installés dans l’armoire électrique de contrôle de l’alimentation électrique des moteurs. La vidéo présente aussi la relation entre le rapport cyclique du signal carré issu de la console de commandes et la vitesse de rotation des moteurs.

Vue d’ensemble du prototype en fonctionnement

Analyse critique du résultat obtenu

Le fonctionnement général du système électronique, de commandes et de mesures de la fréquence de rotation des moteurs du pont élévateur, tel qu’il a été conçu, est opérationnel. Cependant, il reste des points d’amélioration importants tant sur le plan fonctionnel que sur le plan esthétique.

Esthétique finale des connecteurs des PCB

Photo extrait n°005

Sur le plan esthétique, au-delà de l’absence d’habillage des armoires électriques qui fera l’objet d’une mise en oeuvre ultérieure, les PCB supportant les fonctions de bornier de raccordement dans les deux armoires électriques, ainsi que le câblage interne de l’armoire électrique de mesure, présentes des stigmates de leur manipulation intensive lors de la phase de mise ou point. Ces PCB utilisent des connecteurs de petite taille, ne leur permettant pas de proposer un boitier mécanique suffisamment robuste pour encaisser les torsions induites par l’action des tournevis sur les vis.

Ce type d’inconvénient a déjà été rencontrés pour les connecteurs des PCB contenus dans les armoires de raccordement électrique des plateformes moteurs. Des pièces fabriquées par impression 3D ont alors permis de solidariser plusieurs connecteurs entre eux, améliorant ainsi leur rigidité mais aussi leur esthétique générale pour tendre vers un rendu plus réaliste.

Esthétique finale du câblage interne des armoires électriques

Photo extrait n°006

Si l’aspect du câblage externe des armoires électriques parait si anarchique (voir Photo extrait n°004), c’est la conséquence directe d’une part d’une absence préalable de conception et d’autre part d’une démarche expérimentale dans sa mise en oeuvre afin de tester différents types de connecteurs.

Par contre l’encombrement du câblage interne des armoires électriques a visiblement était sous dimensionné dans la phase de conception. Ce défaut est amplifié par un sous dimensionnement de la fonction de bornier des PCB spécifiquement conçus pour cela.

Sur le plan fonctionnel, ce prototype permet de mettre en évidence les limites techniques des quatre convertisseurs de fréquences en tension, utilisé dans l’armoire électrique n°1, pour servir d’interface entre les plateformes moteurs et la console de commandes. Même si le besoin n’est pas d’obtenir une valeur reflétant précisément une fréquence de rotation, pour autant il est important que chaque évolution de la vitesse de rotation de chaque moteur puisse être décelée pour éviter un blocage du pont élévateur. Les fréquences relativement basses de rotation des moteurs (inférieure à 500Hz) induisent des variations de tensions en sorties des convertisseurs, inférieurs à 50 mV. L’électronique d’acquisition, de transmission et de traitement de ces signaux de faibles amplitudes, induit des taux d’erreur trop important pour considérer son fonctionnement comme suffisamment fiable pour prévenir un blocage du pont élévateur.

Par conséquent, ces PCB de conversions des signaux de fréquences en tension doivent être remplacés par d’autres dispositifs, avec un impact le plus réduit possible, sur la conception générale du système électronique global.

Conclusions

Compte tenu de l’analyse précédente, et de la préparation de l’intégration de ce système dans le diorama de la Batcave, des modifications doivent être apportées sur certains éléments.

Remplacer les modules convertisseurs de fréquences en tension

Cette action est certainement la plus déterminante des modifications à apporter. L’objectif est de proposer des modules dont l’évolution de l’amplitude des signaux de tension en sortie soit significative pour en obtenir des mesures fiables. La solution consistant à concevoir, puis réaliser des PCB sur mesure convertisseur de fréquence en tension, a déjà été écartée depuis la conception détaillée de ce système électronique, pour des raisons de temps et de qualité de réalisation. Il reste donc deux pistes de réflexion à l’étude. La première consiste à reprendre une phase de recherche de PCB manufacturés plus adaptés aux fréquences du système. La deuxième consiste à remplacer les PCB dédiés à cette fonction par des éléments plus génériques mais programmables, comme par exemple des cartes Arduino.

Quelque soit la solution de remplacement qui sera choisie, il parait incontournable de prévoir aussi une modification des PCB servant de Bornier de raccordement électrique de ces modules dans l’armoire électrique concernée.

Une phase de conception complémentaire doit être mise en oeuvre pour cela.

Améliorer la présentation esthétique des PCB borniers

La solution a déjà été évoquée et mise en oeuvre dans les armoires de raccordement électrique des plateformes moteurs. Il s’agit de concevoir et d’imprimer en 3D des pièces reproduisant la fonction de sabot de charpente. Ces pièces permettent tout d’abord un regroupement visuel de plusieurs composants électroniques, sous ensembles d’une même fonction. De plus, ces pièces assurent une meilleure rigidité mécanique de l’ensemble qu’elles forment avec les connecteurs et évitent ainsi les déformations liées à la torsion de l’action du tournevis sur les vis de serrage.

Une phase de conception complémentaire doit être mise en oeuvre pour cela.

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Articles – Prototypes

Pont élévateur – Electronique – Conception Ep1

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Cet article présente la première partie de la conception et du prototypage de l’électronique de commande du pont élévateur, du diorama de la Batcave à l’échelle 1/12, du projet BATLab112.

  1. Introduction
  2. Cahier des charges
  3. Principe de fonctionnement général
  4. Schéma électronique
  5. Sourcing
  6. Modélisation 3D
  7. Intégration
  8. Voir aussi

Introduction

Cet article fait suite à la conception détaillée mécanique et la réalisation des quatre prototypes de la plateforme de motorisation des axes du pont élévateur. Cet article présente la conception détaillée de l’électronique de commande qui va contrôler les mouvements du pont élévateur en pilotant les moteurs des plateformes.

Pour plus d’infos :

Cahier des charges

Atelier de la Batcave – Cahier des charges – Freecad 3D

Le cahier des charges de l’électronique de commande est conforme au cahier des charges général du projet BATLab112 présenté dans l’article ci-dessus. La vidéo associée est la mise à jour de l’illustration de ce cahier des charges initial, intégrant l’avancement de la conception 3D des différents composants du diorama.

L’électronique doit permettre de commander le pont élévateur par la mise en oeuvre des fonctions suivantes :

  • Commander le sens de déplacement à la verticale du pont élévateur en fonction des actions sur les commandes manuelles.
  • Maintenir une vitesse constante lors du déplacement à la verticale du pont élévateur pour maintenir l’horizontalité du pont élévateur lors de son déplacement à la verticale.
  • Détecter les positions haute et basse du pont élévateur pour interdire le déplacement au-delà de ces positions.
  • Détecter un défaut de rotation d’un des moteurs pour anticiper un éventuel défaut d’horizontalité.
  • Transmettre des informations sur l’état du système : Position des commandes manuelles, vitesse de rotation des moteurs, défauts …

L’ensemble des fonctions décrites dans le cahier des charges doit être entièrement compatibles avec un raccordement du pont élévateur sur un modèle de console de commande déjà mise en oeuvre dans le diorama pour piloter la plateforme rotative et le pont roulant.

Pour plus d’infos :

Principe de fonctionnement général

Le mouvement vertical du pont élévateur est assuré par les 4 plateformes de motorisation des 4 axes verticaux.  Le principe est très simple la rotation des moteurs entraine la rotation des 4 axes. Ces axes sont des vis sans fin, sur lesquelles est fixé le pont élévateur. La rotation de ces vis sans fin entraine le déplacement verticale du pont.

La console de commande regroupe l’ensemble des commandes manuelles et automatiques pour contrôler la vitesse et le sens de rotation des moteurs, mais aussi les écrans d’affichage de ces informations. La conception de la console de commande a déjà donné lieu à la réalisation de deux modèles opérationnels mis en œuvre pour commander la plate-forme rotative et le pont roulant bipoutre. 

Deux armoires électriques regroupent l’ensemble des composants, des circuits électriques et électroniques nécessaires pour transmettre et convertir les signaux électriques. 

Les signaux de commandes issues de la console de commandes sont transmises à une armoire électrique dans laquelle se trouvent deux PCB de type : Double Pont en H à base de L298N. Ces  PCB convertissent les signaux de commandes du sens de déplacement vertical du pont élévateur, portés par des tensions de 5VDC, en signaux de tension 12VDC, compatibles avec l’alimentation électrique des moteurs.

ScreenShot FreeCAD Conception 3D

Les plateformes de motorisation des axes du pont élévateur sont connectées, d’une part à l’armoire de contrôle des moteurs, et d’autre part, à une deuxième armoire électrique dans laquelle se trouvent 4 PCB de type convertisseur de fréquence en tension. Ces PCB transforment les signaux électriques en fréquence, issus des photocoupleurs des capteurs de vitesse de rotation présents sur chacune des plateformes, en signaux électriques en tension, compatibles avec les broches d’entrées de l’Arduino en charge de l’affichage de ces informations sur les écrans de la console de commande. 

Schéma électronique

Screenshot KiCAD Contrôle des moteurs
Screenshot KiCAD Mesure de la vitesse de rotation

Le schéma du montage électronique se partage en deux parties. La première partie correspond au circuit de contrôle de la vitesse et du sens de rotation des moteurs. La deuxième partie correspond au circuit de conversion des signaux électriques issus des capteurs photocoupleurs de mesure de la vitesse de rotation des moteurs.

Contrôle de la vitesse et du sens de rotation des moteurs

Au centre de ce schéma on retrouve les deux doubles pont en H à base de composants L298N. Chaque pont en H pilote 2 moteurs directement raccordés sur chacune de ses sorties.

Le signal carré à rapport cyclique variable est dirigé vers les entrées EnA et EnB des deux double pont en H pour garantir une vitesse de rotation des moteurs identiques.

+ d’infos : https://arduino.blaisepascal.fr/pont-en-h-l298n/

Comme mentionné au dessus, la variation de la vitesse de rotation des moteurs est commandée par un générateur de signal carré, à rapport cyclique variable. Ce montage est réalisé à partir d’un oscillateur NE555.

Dans ce montage la résistance R301 et le condensateur C301 fixe la valeur de la fréquence. Le potentiomètre P300 permet le réglage du rapport cyclique.

Les commandes manuelles ont été schématisées le plus simplement possibles ; Deux switches dont la combinaison de leurs positions donne la commande du sens de rotation.

S2S1Moteur
00Stop
01Sens 1
10Sens 2
11Stop

Le détails de ces commandes sera développé lors de la conception de la Console de commandes associée au pont élévateur.

Mesure de la vitesse de rotation des moteurs

Au centre de ce schéma, on retrouve quatre convertisseurs de fréquence en tension (Hz to V), MIKROE 2890. Ces convertisseurs transforment les signaux électriques en fréquence, issus des photocoupleurs des capteurs de vitesse de rotation, en signaux électriques en tension, compatibles avec les broches d’entrées de l’Arduino.

Le convertisseur Hz to V ayant besoin d’une tension d’alimentation électrique de 3,3V, un convertisseur Tension / Tension, LM33V assure la conversion de la tension d’alimentation électrique de 5VDC en 3,3VDC.

Edition des schémas électroniques

LEs schéma électriques et électroniques du diorama de la Batcave du projet BATLab112 sont édités avec la suite logicielle Open Source KiCad .

Voir la page dédiée à KiCad

Sourcing

Le sourcing des composants principaux est réalisé dès la phase de conception pour intégrer la modélisation 3D de ces composants dans la conception détaillée des armoires électriques.

Le sourcing est réalisé à partir d’une plateforme de ventes en ligne. Ce choix est essentiellement dicté par un objectif de limitation du nombre de fournisseurs, mais aussi de centralisation des commandes et ainsi envisager des économies d’échelle, notamment sur les frais de livraison.

Sourcing câblage

1. Jack 3,5 mm
2. Jack 5,5 mm
3. Bornier vert
4. Bornier bleu
5. Presse étoupe
  1. Les prises Jack 3,5 mm sont utilisées en entrées/sorties pour connecter des câbles de très petites sections véhiculant des signaux de commandes de très faibles intensités.
  2. Les prises Jack 5,5 mm sont utilisées en sorties pour connecter des câbles de sections plus importantes pour alimenter des éléments tels que les moteurs à courant continu.
  3. Les borniers verts sont utilisés en entrées/sorties pour connecter des câbles de très petites sections véhiculant des signaux de commande en interne d’une armoire électrique.
  4. Les borniers bleus sont utilisés en entrées/sorties pour connecter des câbles de sections plus importantes véhiculant des tensions d’alimentation d’éléments tels que des moteurs.
  5. Les presse étoupes sont utilisé en entrées d’une armoire électrique pour connecter le câble d’alimentation général de l’armoire.

Sourcing des composants actifs

Le contrôle du sens et de la vitesse de rotation des moteurs à courant continu est assuré par une carte électronique de type Double pont en H équipée d’un composant L298N.

Une carte est capable de piloter deux moteurs simultanément, par conséquent, deux cartes de ce type sont nécessaires pour piloter les moteurs des quatre plateformes de motorisation des quatre axes du pont élévateur.

La mesure de la vitesse de rotation des moteurs est assuré par une carte électronique convertisseur fréquence / Tension. Ce PCB convertit les signaux en fréquence issus des capteurs des plateformes en signaux en tension compatible avec les micro-controlleurs Arduino des consoles de commandes.

Une carte est capable de convertir un signal en fréquence, par conséquent, quatre cartes de ce type sont nécessaires pour mesures les vitesse de rotation des moteurs des quatre plateformes des quatre axes du pont élévateur.

Modélisation 3D

Conception 3D

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

Voir la page dédiée à FreeCAD

Bibliothèque de modèles 3D

Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.

Voir la page dédiée à GrabCAD

Intégration

Screenshot FreeCAD Motors Control
Screenshot FreeCAD Measures Control

Tous les composants d’une même page de schéma sont regroupés dans une armoire électrique à l’échelle 1/12. On obtient ainsi, une première armoire électrique sur laquelle sont raccordés les moteurs électriques, les commandes manuelles et le signal carré de contrôle de la vitesse de rotation des moteurs, issus de la console de commandes. La deuxième armoire électrique est raccorder aux photocoupleurs des capteurs de mesure de la vitesse de rotation des moteurs et à la console de commande pour lui transmettre les signaux électriques correspondants aux vitesses de rotation.

Cet article ne détaille pas la conception de la structure des armoires électriques. Cette conception a déjà fait l’objet d’un article spécifique.

Pour plus d’infos :

Détail des borniers de raccordement électriques

Screenshot FreeCAD Terminal Block Motors Control
Screenshot FreeCAD Terminal Block Measures Control

Compte tenu des dimensions à l’échelle 1/12 de ces armoires électriques, la conception de l’intégration des composants doit être précise. Le point crucial réside dans le design et l’intégration des borniers de raccordement électriques.

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Articles – Conception détaillée

Poste électrique du diorama de la Batcave – Réalisation du modèle opérationnel de distribution électrique à l’échelle 1/12

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Informations générales

Cet article présente le premier modèle opérationnel du local électrique à l’échelle 1/12 du diorama pédagogique Batcave du projet BATLab112. Il décrit la fabrication itérative du poste électrique fonctionnel, sa distribution des tensions adaptées à des contraintes techniques et de sécurité, ainsi que des aspects de réalisation mécanique et d’éclairage intégré.… Lire la suite →

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Catégorie :

Electricité du diorama

Sommaire

  1. Introduction : rôle et enjeux du poste électrique dans le diorama pédagogique de la Batcave
  2. Architecture générale du poste électrique du diorama BATLab112
  3. Caractéristiques électriques du réseau électrique du diorama
  4. Éléments de réalisme et intégration mécanique
  5. Système d’éclairage du poste électrique du diorama
  6. Modélisation 3D du diorama avec FreeCAD
  7. Impression 3D du diorama
  8. Voir aussi

Article précédent :

Article suivant :

Introduction : rôle et enjeux du poste électrique dans le diorama pédagogique de la Batcave

Le poste électrique intégré au diorama de la Batcave du projet BATLab112 constitue un élément structurant et central de l’infrastructure technique du diorama. Il assure la distribution de l’énergie électrique nécessaire au fonctionnement de l’ensemble des systèmes industriels miniaturisés à l’échelle 1/12. Conçu comme un équipement pleinement opérationnel, ce poste électrique vise à reproduire, avec un haut degré de fidélité, les principes de fonctionnement d’un poste électrique réel, tout en étant adapté aux contraintes propres à un dispositif pédagogique et expérimental.

La réalisation de ce prototype ne s’est pas inscrite dans une démarche linéaire aboutissant à une version définitive unique, mais s’est développée de manière itérative tout au long de la phase de conception. Cet article s’inscrit ainsi dans la continuité de la troisième évolution de la conception détaillée du poste électrique.

Architecture générale du poste électrique du diorama BATLab112

Le poste électrique du diorama se compose de deux sous-ensembles distincts, chacun ayant fait l’objet de phases spécifiques de conception et de prototypage : le poste de transformation HT/BT et les armoires de distribution électrique.

Poste HT/BT
Armoires de distribution électrique

Poste de transformation HT/BT à l’échelle 1/12 : adaptation fonctionnelle et contraintes de sécurité

Le poste HT/BT, réalisé à l’échelle 1/12 dans le cadre du diorama pédagogique du projet BATLab112, reproduit le fonctionnement général d’un poste de transformation réel. Toutefois, les niveaux de tension et les caractéristiques électriques des tensions d’entrée et de sortie ont été volontairement adaptés. Ces ajustements répondent, d’une part, aux contraintes techniques inhérentes au diorama et, d’autre part, aux exigences de sécurité liées à la manipulation des équipements. Dans ce contexte, la « haute tension » correspond à l’alimentation électrique générale du diorama, fournie par une prise secteur de 230 V en courant alternatif (AC), tandis que la « basse tension » est définie comme une tension de 12 V en courant continu (DC), compatible avec les besoins des modules électroniques intégrés au diorama, tels que les cartes Arduino, les écrans tactiles et les circuits imprimés.

Armoires de distribution électrique : gestion des tensions et rationalisation énergétique du diorama

Les armoires de distribution électrique assurent quant à elles la répartition des différentes tensions nécessaires à l’alimentation des modules électroniques et des actionneurs électromécaniques. La phase de conception préliminaire, associée au sourcing des composants, a permis de rationaliser l’architecture électrique en limitant à trois le nombre de niveaux de tension requis pour l’ensemble des modules électroniques : 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC. Chaque armoire de distribution est dédiée à un niveau de tension spécifique. Une quatrième armoire est exclusivement consacrée à l’alimentation des moteurs du pont élévateur. Bien que ces moteurs fonctionnent également sous une tension de 12 VDC, ce choix vise à limiter la quantité d’énergie électrique transitant au sein d’une même armoire, dans une logique de sécurité et de gestion des flux énergétiques.

Caractéristiques électriques du réseau électrique du diorama

Les caractéristiques électriques détaillées du poste électrique du diorama du projet BATLab112 sont présentées dans l’article suivant :

Câblage électrique du diorama

Cet article propose une analyse technique approfondie des choix relatifs au câblage du réseau électrique du diorama pédagogique de la Batcave, reproduisant à l’échelle 1/12 une infrastructure électrique fonctionnelle. Il s’inscrit dans le cadre de la documentation technique du projet, en explicitant la conception et le dimensionnement du réseau de distribution électrique depuis la sortie du convertisseur de puissance jusqu’aux consoles de commande.

Lire la suite …

Éléments de réalisme et intégration mécanique

Garde-corps, passerelle et sécurité à l’échelle 1/12

Dans un souci de réalisme et de cohérence avec les standards industriels, la plateforme du local électrique a été équipée de garde-corps assurant la sécurité du personnel, ainsi que d’une passerelle d’accès. Ces éléments ont été réalisés à l’échelle 1/12 par un assemblage boulonné combinant des pièces issues de l’impression 3D — notamment les poteaux des garde-corps et la structure porteuse de la passerelle — et des éléments métalliques, tels que les traverses des garde-corps et le caillebotis de la passerelle.

Structure de support des câbles inspirée des racks industriels

Les câbles électriques raccordés aux différents composants du poste sont maintenus par une structure de support directement inspirée des racks de stockage de type cantilever utilisés en milieu industriel. Cette structure a été conçue à partir de profilés en aluminium, associés à des pièces d’assemblage imprimées en 3D, permettant à la fois une bonne rigidité mécanique et une flexibilité dans l’agencement des câbles.

Système d’éclairage du poste électrique du diorama

Principe de câblage et alimentation des luminaires LED

À ce stade d’avancement du diorama, le système d’éclairage du poste électrique relève encore d’un prototype expérimental. Le principe retenu repose sur l’utilisation de boucles composées de six diodes électroluminescentes (LED) rouges montées en série, chacune étant capable de supporter une tension supérieure à 2 VDC. Chaque boucle est alimentée par une tension de 12 VDC. La mise en œuvre de deux boucles distinctes de six LED a été nécessaire pour assurer l’éclairage complet du poste électrique, tel qu’il apparaît sur les supports photographiques associés.

Limites techniques et axes d’amélioration du système d’éclairage

Si le rendu esthétique global est jugé satisfaisant, des améliorations restent à apporter concernant la technique de câblage des luminaires. Ces derniers, réalisés par impression 3D et équipés chacun d’une LED rouge, sont fixés sur les montants horizontaux de la structure métallique supportant les câbles. Toutefois, le raccordement électrique des luminaires au circuit 12 VDC présente une tenue mécanique insuffisante. Les vibrations induites par les opérations de branchement et de débranchement des connecteurs des armoires électriques peuvent entraîner la déconnexion intempestive des luminaires, ce qui souligne la nécessité d’une évolution de cette solution technique.

Modélisation 3D du diorama avec FreeCAD

La modélisation 3D du réseau électrique du diorama de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCAD.

Le projet BATLab112 utilise la version 0.21.2 du modeleur 3D FreeCAD pour la conception du diorama de la Batcave à l’échelle 1/12. FreeCAD permet de structurer la conception du diorama en amont de sa fabrication, de visualiser des volumes, vérifier des proportions et anticiper des contraintes techniques. L’utilisation de FreeCAD constitue un support méthodologique rigoureux pour la réalisation précise et cohérente de l’ensemble.

Voir la page dédiée à FreeCAD

Impression 3D du diorama

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

Voir la page dédiée à l’ANET A8

Voir aussi

Des articles sur la conception du réseau électrique du diorama

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Des articles sur les modèles opérationnels et prototypes du diorama

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Pont élévateur – Prototype – Plateforme moteur

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Cet article présente le premier prototype des plateformes de motorisation des axes du pont élévateur à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

  1. Introduction
  2. Présentation générale
  3. Sourcing
  4. Support moteur
  5. Support du capteur de la roue codeuse
  6. Support de l’engrenage à renvoi d’angle
  7. Armoire électrique
  8. Portique de l’armoire électrique
  9. Modélisation 3D
  10. Impression 3D
  11. Prochaine étape
  12. Voir aussi

Introduction

L’article précédent celui-ci, présente la conception détaillée de la plateforme de motorisation des axes du pont élévateur. Cet article se focalise sur le design des composants de la plateforme et leurs dimensionnement pour aboutir à leurs modélisation 3D sur FreeCAD. Cette modélisation permet notamment de s’assurer de la bonne intégration du design général des plateformes de motorisation dans le diorama de la Batcave.

Pour plus d’infos :

Présentation générale

Pour rappel, le fonctionnement de ces plateformes de motorisation des axes du pont élévateur, repose sur trois composants actifs : un moteur, une roue codeuse et un engrenage à renvoi d’angle. Comme ces composants ont déjà été spécifiés dans l’article de conception détaillée, il s’agit ici, plus particulièrement, de focaliser sur la fabrication des pièces nécessaires pour assembler ces composants actifs sur la plateforme.

Sourcing

Le sourcing des composants actifs et des pièces mécaniques est réalisé à partir d’une plateforme de ventes en ligne. Ce choix est essentiellement dicté par un objectif de limiter le nombre de fournisseur, mais aussi de permettre une centralisation des commandes et ainsi d’envisager des économies d’échelle, notamment sur les frais de livraison.

Pour plus d’informations concernant les caractéristiques de ces composants, voir l’article sur la conception détaillée des plateformes moteurs :

Support moteur

Le support moteur se compose de deux parties réalisées par impression 3D. Le design de ces deux parties est très similaire, la seule différence réside dans l’espace dédié au passage des câbles électriques sur la partie arrière. Chaque partie de ce support est montée sur le moteur par ajustement. La fixation de l’ensemble sur la plateforme est réalisé par boulonnage.

Modélisation 3D sur FreeCAD
Impression via CURA sur imprimante 3D Anet A8

Support du capteur de la roue codeuse

Le capteur de vitesse se compose d’une roue codeuse et d’un capteur photocoupleur fixe qui convertit la vitesse de rotation de la roue codeuse en signal électrique.

+ d’infos :

Le support du capteur photocoupleur se compose d’une seule pièce réalisée par impression 3D. Ce support assure le maintien du capteur en position et assure la fixation de l’ensemble sur la plateforme, par boulonnage.

Modélisation 3D sur FreeCAD
Conversion des fichiers STL sur CURA
Impression par imprimante 3D Anet A8

Support de l’engrenage à renvoi d’angle

Ce support se compose de deux parties, réalisées par impression 3D, qui s’assemblent par emboitement. La forme de la partie supérieure du support assemblé est conçue pour maintenir latéralement l’engrenage à renvoi d’angle qui est fixé ensuite par boulonnage. Le support assure la fixation de l’ensemble sur la plateforme par boulonnage.

Modélisation 3D sur FreeCAD
Conversion des fichiers STL sur CURA
Impression par imprimante 3D Anet A8

Armoire électrique

La phase de conception détaillée de la plateforme a apportée une modification au design de la structure des petites armoires électriques par rapport à celles déjà existantes sur le diorama. Ce nouveau design permet de prendre en compte le remplacement du bloc de jonction, initialement présent dans l’armoire, par un mini PCB. Cette structure est réalisée par impression 3D.

Pour plus d’informations :

Modélisation 3D sur FreeCAD
Conversion des fichiers STL sur CURA
Impression par imprimante 3D Anet A8

Portique de l’armoire électrique

Le portique permet le montage par boulonnage de l’armoire électrique de la plateforme moteur. Le portique est réalisé par impression 3D.

Modélisation 3D sur FreeCAD
Conversion des fichiers STL sur CURA
Impression par imprimante 3D Anet A8

Modélisation 3D

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

Voir la page dédiée à FreeCAD

Impression 3D

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

Voir la page dédiée à l’ANET A8

Prochaine étape

La première version de la conception détaillée de tous les composants mécaniques du pont élévateur est achevée. La prochaine étape consiste à concevoir et réaliser le prototype de l’électronique de commande.

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Articles – Prototype

Pont élévateur – Conception Détaillée – Plateformes moteurs

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Cet article présente la deuxième partie de la conception détaillée, du pont élévateur à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette deuxième partie porte plus particulièrement sur les quatre plateformes moteurs et leur raccordement électrique.

  1. Introduction
  2. Benchmarking
  3. Conception mécanique
  4. Conception électrique
  5. Modélisation 3D
  6. Conception détaillée de la plateforme
  7. Vue d’ensemble
  8. Prochaine étape
  9. Voir aussi

Introduction

Cet article est la suite de la conception détaillée de la structure mécanique du pont élévateur. L’objectif est à présent de concevoir le design mécanique des 4 plateformes de motorisation des 4 axes du pont élévateur.

Pour plus d’infos :

Benchmarking

Pour respecter l’objectif de réalisme du diorama pédagogique du projet BATLab112, le design des plateformes des moteurs du pont élévateur du diorama est directement inspiré de plateformes réelles.

Le type d’équipement représentée sur la photo est une pompe à eau horizontale électrique très largement utilisé dans l’industrie.

source : modopump.com

Présentation générale

Conception mécanique

La motorisation des axes du pont élévateur se compose de 4 plateformes identiques, équipées chacune d’un moteur à courant continu couplé à une boîte de renvoi d’angle à 90°. Sur les 4 axes de couplage, une roue codeuse permet à un capteur optique de mesurer la vitesse de rotation du moteur et ainsi de contrôler la vitesse de déplacement vertical du pont élévateur.

  • BATLab112 Project – Lifter Bridge – Motor Platform – Design Overview
  • BATLab112 Project – Lifter Bridge – Motor Platform – DC Motor
  • BATLab112 Project – Lifter Bridge – Motor Platform – Encoder
  • BATLab112 Project – Lifter Bridge – Motor Platform – Gearbox

Sourcing

Pour définir le design final de cet ensemble et s’assurer de son intégration mécanique dans le diorama, les composants sont sélectionnés dans la phase de conception détaillée en fonction de leurs dimensions et de leurs caractéristiques techniques.

Moteur
Roue codeuse
Engrenage angulaire

Caractéristiques techniques

  • Alimentation . : 12V CC
  • Puissance …… : 7W
  • Vitesse : 2000 tr/min

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Alimentation : 3,3V à 5V CC
  • Sortie : Numérique
  • Capteur : Infrarouge

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Réduction . : 1:1
  • Engrenage : Conique
  • Matière : Nylon et Acier

Sourcing

Moteur à courant continu

Ce modèle de moteur est sélectionné pour ses dimensions mécaniques compatibles avec le rendu réaliste imposé par l’échelle 1/12 du diorama, mais aussi pour ses caractéristiques électriques garantissant le bon fonctionnement final du système. La tension d’alimentation en 12V, associée à une vitesse de rotation nominale élevée, laissent envisager un couple mécanique satisfaisant après réduction de la vitesse de rotation.

Roue codeuse et capteur optique

Ce capteur est sélectionné pour la simplicité de sa mise en œuvre, son encombrement compatible avec l’échelle du diorama et un signal de sortie numérique. Comme le montre la photo, ce modèle est souvent vendu par petit lot de pièces.

Engrenage angulaire

Le choix de ce type d’engrenage est relativement restreint sur un marché grand public autorisant des commandes à l’unité. Ce modèle d’engrenage angulaire est sélectionné pour son rapport de réduction de 1:1 mais aussi pour son design mécanique robuste, équipé de pattes de fixation.

Conception électrique

La conception électrique porte ici essentiellement sur l’armoire électrique qui doit assurer le raccordement de la tension d’alimentation des moteurs ainsi que le signal de sortie de la roue codeuse. Pour concevoir le design mécanique de cette armoire électrique, ainsi que son intégration générale sur la plateforme, il est nécessaire de penser auparavant sa conception électrique

L’objectif de reproduction réaliste du câblage d’une telle armoire n’est pas envisageable compte tenu des contraintes d’intégration des composants nécessaires. Cependant, les armoires électriques du pont élévateur vont faire l’objet d’une évolution dans leur design, par rapport à la conception des précédentes armoires électriques du diorama du projet BATLab112.

Screenshot

Sectionneur électrique

Le premier objectif est de remplacer le bloc de jonction, présent dans les premières armoires électriques du diorama, pour le raccordement électrique d’alimentation des moteurs, par un système à base de switches et de deux connecteurs, faisant office de sectionneur électrique comme illustré sur l’extrait du schéma ci-contre.

Bornier de raccordement

Le remplacement du bloc de jonction contraint aussi le câblage de la roue codeuse de chaque moteur. Elles seront donc raccordées via un connecteur à trois contacts, faisant office de bornier électrique.

Sourcing

Connecteur 2 broches
Switch à glissière
Connecteur 3 broches

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 300V CC
  • Intensité … : 10A
  • Broche …… : 2

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 50V CC
  • Intensité … : 0,5A

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 300V CC
  • Intensité … : 10A
  • Broche …… : 3

Sourcing

Modélisation 3D

FreeCAD

Le projet BATLab112 utilise la version 0.21.2 de FreeCAD dans le cadre de la conception préliminaire et détaillée du diorama de la Batave à l’échelle 1/12.

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

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Modélisation des pièces mécaniques

Moteur électrique
Roue codeuse
Engrenage angulaire

Contrairement à d’autres composants utilisés dans les systèmes industriels de la Batcave, aucun modèle 3D n’est disponible librement pour chacun dses composants de la plateforme ; moteur, roue codeuse, engrenage à renvoi d’angle. Par conséquent, leur modélisation 3D est réalisée avec le logiciel FreeCAD pour définir dans un premier temps leur design général. La prise en compte de leurs dimensions externes permet de présenter leurs intégration sur une plateforme.

Modélisation des composants électroniques

Les modèles 3D des composants électroniques sont disponibles dans la bibliothèque de GrabCAD

Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.

Voir la page dédiée à GrabCAD
Electronic component
Electrical cabinet frame
Electrical cabinet overview

Conception détaillée de la plateforme

La modélisation complète et détaillée d’une plateforme nécessite l’intégration d’éléments complémentaires, comme le coupleur monté sur l’axe vertical en sortie de l’engrenage à renvoi d’angle, le portique supportant l’armoire électrique et aussi la base d’accueil et de fixation de tous les composants.

Vue d’ensemble

Prochaine étape

La première version de la conception détaillée de tous les composants mécaniques du pont élévateur est achevée. La prochaine étape consiste à concevoir et réaliser le prototype de l’électronique de commande.

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Articles – Conception détaillée

Pont élévateur – Conception détaillée – Ep 1

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Cet article présente la première partie de la conception détaillée, du pont élévateur à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette première partie porte plus particulièrement sur le design mécanique de la motorisation des axes du pont élévateur. La deuxième partie portera sur l’électronique de commande pour contrôler les moteurs.

  1. Introduction
  2. Présentation générale
  3. Modélisation 3D
  4. Assemblage
  5. Voir aussi

Introduction

Le dimensionnement mécanique du pont élévateur lors de la conception préliminaire ainsi que le premier prototype réalisé, ont permis de valider la cinématique de ce système, et ainsi de développer et produire les prototypes des autres systèmes industriels équipant le diorama de la Batcave du projet BATLab112.

Pour plus d’infos :

L’objectif de la conception détaillée est à présent de définir plus précisément la motorisation électrique du pont élévateur de la Batcave. En effet, lors de la conception préliminaire la motorisation du pont élévateur a été représentée par 4 moteurs pas à pas fixés directement sur les 4 axes. L’objectif était de pouvoir en définir la structure mécanique, cette partie du système a donc été mise de côté. À présent, il convient de proposer une solution technique fonctionnelle et compatible avec le niveau de réalisme d’un diorama pédagogique.

Présentation générale

La nouvelle motorisation des axes du pont élévateur se compose de 4 plateformes identiques, équipées d’un moteur à courant continu couplé à une boîte de renvoi d’angle à 90°. Sur les 4 axes de couplage, une roue dentelée permet à un capteur optique de mesurer la vitesse de rotation du moteur et ainsi de contrôler la vitesse de déplacement vertical du pont élévateur.

Conception mécanique

Pour définir le design final de cet ensemble et s’assurer de son intégration mécanique dans le diorama, les composants sont sélectionnés dés la phase de conception détaillée en fonction de leurs dimensions et de leurs caractéristiques techniques.

Moteur
Roue codeuse
Engrenage angulaire

Caractéristiques techniques

  • Alimentation . : 12V CC
  • Puissance …… : 7W
  • Vitesse : 2000 tr/min

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Alimentation : 3,3V à 5V CC
  • Sortie : Numérique
  • Capteur : Infrarouge

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Réduction . : 1:1
  • Engrenage : Conique
  • Matière : Nylon et Acier

Sourcing

Moteur à courant continu

Ce modèle de moteur est sélectionné pour ses dimensions mécaniques compatibles avec le rendu réaliste imposé par l’échelle 1/12 du diorama, mais aussi pour ses caractéristiques électriques garantissant le bon fonctionnement final du système. La tension d’alimentation en 12V, associée à une vitesse de rotation nominale élevée, laissent envisager un couple mécanique satisfaisant après réduction de la vitesse de rotation.

Roue codeuse et capteur optique

Ce capteur est sélectionné pour la simplicité de sa mise en œuvre, son encombrement compatible avec l’échelle du diorama et un signal de sortie numérique. Comme le montre la photo, ce modèle est souvent vendu par petit lot de pièces.

Engrenage angulaire

Le choix de ce type d’engrenage est relativement restreint sur un marché grand public autorisant des commandes à l’unité. Ce modèle d’engrenage angulaire est sélectionné pour son rapport de réduction de 1:1 mais aussi pour son design mécanique robuste, équipé de pattes de fixation.

Conception électrique

La conception électrique porte ici essentiellement sur l’armoire électrique qui doit assurer le raccordement de la tension d’alimentation des moteurs ainsi que l’alimentation électrique et le signal de sortie de la roue codeuse.

L’objectif de reproduction réaliste du câblage d’une telle armoire n’est pas envisageable compte tenu des contraintes d’intégration des composants nécessaires. Cependant, les armoires électriques du pont élévateur vont faire l’objet d’une évolution dans leur design, par rapport à la conception des précédentes armoires électriques du diorama du projet BATLab112. L’objectif est de remplacer le bloc de jonction de raccordement de la tension d’alimentation des moteur, par un système à base de switcher de connecteur, faisant office de sectionneur électrique. La roue codeuse sera raccordée quant à elle via un autre connecteur faisant office de bornier électrique.

Connecteur 2 broches
Switch à glissière
Connecteur 3 broches

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 300V CC
  • Intensité … : 10A
  • Broche …… : 2

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 50V CC
  • Intensité … : 0,5A

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 300V CC
  • Intensité … : 10A
  • Broche …… : 3

Sourcing

Modélisation 3D

FreeCAD

Cet article intervient après un changement d’environnement technique autorisé par le changement d’ordinateur. A présent la version 0.21.2 de FreeCAD est utilisée pour une meilleure définition de la conception du projet BATLab112.

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

Voir la page dédiée à FreeCAD

Modélisation des pièces mécaniques

Moteur électrique
Roue codeuse
Engrenage angulaire

Contrairement à d’autres composants utilisés dans les systèmes industriels de la Batcave, aucun modèle 3D n’est disponible librement pour chacun de ces composants. Par conséquent, leur modélisation 3D via FreeCAD s’attache essentiellement à leurs designs généraux pour en définir les dimensions externes.

Modélisation des composant électronique

Les modèles 3D des composants électroniques sont disponibles dans la bibliothèque de GrabCAD

Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.

Voir la page dédiée à GrabCAD
Electronic component
Electrical cabinet frame
Electrical cabinet overview

Modélisation d’une plateforme de motorisation

Design d’une plateforme de motorisation d’un axe vertical du pont élévateur

Pour modéliser une plateforme complète, des éléments complémentaires sont ajoutés comme les coupleurs d’axes et le portique de l’armoire électrique assurant la centralisation des raccordements électriques.

Vue d’ensemble

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Articles – Conception détaillée

Simulation cinématique par macros Python dans FreeCAD

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Dans un article précédent, j’ai souligné l’intérêt, en phase de conception 3D, d’utiliser la rotation dynamique de FreeCAD pour obtenir une visualisation globale d’un modèle. Cette fonctionnalité, bien que pertinente pour apprécier l’architecture générale d’un objet, demeure toutefois insuffisante dès lors qu’il s’agit d’observer des déplacements relatifs entre plusieurs entités modélisées.

Il ne s’agit pas ici de simuler le fonctionnement d’un mécanisme articulé complexe — tel qu’un ensemble piston-bielle-vilebrequin ou un système de soupapes — pour lesquels des extensions spécialisées existent. L’enjeu porte plutôt sur l’animation coordonnée d’objets mécaniquement indépendants, mais dont les mouvements respectifs doivent être synchronisés ou, à tout le moins, ordonnés. À cet égard, les macros développées sous FreeCAD constituent un outil méthodologique particulièrement efficace.

Dans le cadre du projet BATLab112, la mise en mouvement virtuelle des quatre systèmes industriels modélisés répond à trois objectifs. Premièrement, la simulation permet de vérifier la compatibilité spatiale de leurs trajectoires dans l’environnement confiné de la Batcave. Deuxièmement, elle facilite la synchronisation de leurs déplacements afin d’optimiser le processus global de prise en charge de la Batmobile. Troisièmement, elle offre un support de médiation technique destiné à présenter de manière claire et dynamique le fonctionnement général du diorama pédagogique.

La vidéo illustre ce dispositif. Réalisée au moyen d’une macro Python sous FreeCAD, elle met en scène le parcours complet de la Batmobile à travers l’atelier robotisé, en contrôlant précisément le mouvement des différents systèmes industriels.

Enfin, un dernier élément mérite d’être souligné : l’usage de la fonction Enregistrer une macro. Celle-ci constitue un atout majeur pour la génération rapide de segments de code correspondant aux actions effectuées dans l’interface. Ces fragments peuvent ensuite être intégrés et structurés au sein d’un programme plus général, facilitant ainsi le prototypage et l’industrialisation des animations cinématiques.

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Avancement du diorama : articles dédiés à l’utilisation de FreeCAD dans la conception 3D

Local électrique – Conception Détaillée – V3

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Cet article présente la troisième version de la conception détaillée, du local électrique à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette mise à jour de cette conception est en lien avec la mise en jour du modèle opérationnel du local technique.

  1. Introduction
  2. Présentation générale
  3. Une quatrième armoire de distribution
  4. La structure cantilever
  5. La passerelle d’accès
  6. Modélisation 3D
  7. Voir aussi

Introduction

Cet article fait suite à la réalisation du premier modèle opérationnel du local électrique du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

Batcave Diorama Electricity Station

Présentation générale

Batcave Diorama Electricity Station Design by FreeCad

Modélisation 3D

FreeCAD

Cet article intervient aussi après un changement d’environnement technique autorisé par le changement d’ordinateur. A présent la version 0.21.2 de FreeCAD est utilisée pour une meilleure définition de la conception du projet BATLab112.

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

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Voir aussi

Articles – Electricité

Articles – Conception détaillée

Conteneur, Corps et Groupe

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L’atelier PartDesign de FreeCAD propose depuis la version 0.17 les 3 outils : Conteneur, Corps et Groupe, qui d’après la documentation officielle de FreeCad en ligne sont « utiles pour organiser un modèle et créer des assemblages ».

Source : https://wiki.freecad.org/PartDesign_Workbench/fr

Après déjà quelques années d’utilisation de FreeCAD, j’avoue ne pas avoir tout de suite compris le réel intérêt de ces outils. Je passe rapidement sur l’outil Corps, passage obligé pour créer une pièce. J’ai commencé à utiliser l’outil conteneur lorsque je souhaitais créer des assemblages statiques. Grâce à cet outil, et celui de l’atelier Part Créer une copie simple, je peux transformer un assemblage composé de plusieurs corps en une seule pièce. Pour autant, je n’avais pas encore perçu tout l’intérêt de l’outil Groupe.

J’ai réellement utilisé tout le potentiel de ces 3 outils simultanément lors de la définition d’un élément de la structure Cantilever du local électrique.

La structure Cantilever se compose de montants de deux types : des montants de grandes hauteurs et des montants de hauteurs plus réduites. De plus, en fonction de leur position au sein de la structure, ces montants sont équipés d’appliques lumineuses ou de capuchons de protection. Pour éviter de créer autant de modèles de montants que de configuration possibles, j’ai opté pour la méthode illustrée par la capture d’écran.

Un groupe a été créé pour chaque corps pouvant intervenir dans la composition d’un montant. Au sein de ces groupes plusieurs versions de ces corps ont été développées tout au long du processus de conception des montants. J’ai ensuite utilisé l’outil Clone de l’atelier PartDesign pour cloner un corps présent dans un groupe et l’utiliser dans un assemblage au sein d’un conteneur.

Grace à cette méthode je dispose seulement de 2 conteneurs correspondants au 2 type de montants, dans lesquels j’active et désactive les clones des corps en fonctions des options du montant en cours de définition.

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