Console de commande – Conception préliminaire – Ep2

Cet article présente l’implantation générale des cartes électroniques du prototype de la console de commande des équipements électriques de la Batcave du projet BATLab112.


Présentation générale

Le cahier des charges met en avant la présence de quatre équipements industriels nécessaires pour la maintenance de la Batmobile ; la plateforme rotative, le pont élévateur, le pont roulant et les bras robotiques. Chacun de ces équipements doit être piloté soit en mode automatique, à partir d’un système centralisé, soit en mode manuel. Pour chaque équipement industriel, les commandes manuelles sont regroupées sur une console de commande, assurant aussi l’interface avec le système central.

Cette console de commande est composée de 3 cartes électroniques, 2 cartes Arduino et 2 écrans tactiles. Seules, les cartes du panneau des commandes et des relais sont réalisées pour les besoins spécifiques du projet BATLab112. Les autres cartes sont des cartes manufacturées, choisies pour leurs caractéristiques techniques ainsi que leurs dimensions conforme avec les dimensions du diorama.

Cartes électroniques de puissance

Les deux cartes électroniques de puissance sont implantées à l’intérieur de la console de commande. Les deux cartes sont maintenues par 4 vis contre la face avant de la console. La face composants des cartes est accessible depuis l’arrière de la console, avant fixation du panneau de support des écrans.

La carte relais (à gauche) créée pour le projet BATLab112. Ces relais sont utilisés dans les commandes en logique câblée ; auto maintien.

La carte de contrôle des mini moto-réducteurs 6VDC est réalisée à partir d’un contrôleur double pont L298N. Elle permet de sélectionner le sens de rotation des moteurs.

Cartes Arduino

Les cartes Arduino Uno et Arduino Mega sont implantées à l’arrière du panneau de support des écrans des contrôle. La face de dessus face visible pour permettre le câblage des cartes avec les autres cartes électroniques de la console de commande.

La carte Arduino Mega pilote l’écran principal, en charge de l’affichage et de l’horodatage des commandes activées par le panneau des commandes.

La carte Arduino Uno, pilote l’écran secondaire en charge de l’affichage de l’état général de l’équipement pilote (Bras robotique, Pont roulant, Plateforme rotative, Pont élévateur …).

Panneau des commandes

La carte électronique du panneau des commandes, développée pour le projet BATLab112 est implantée dans la face inclinée du pupitre de commande. Cette carte supporte tous les organes de commande ; boutons poussoirs, bouton d’arrêt d’urgence, commutateurs, voyants … Le câblage de cette carte avec les autres cartes électroniques de la console de commande, s’effectue par l’intérieur du pupitre, avant fixation du panneau de support des écrans de contrôle.

Ecrans de contrôle

Modélisation 3D

FreeCAD

La modélisation de la plateforme rotative de la Batmobile équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.

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.

Modeles 3D

Ces modèles, téléchargés depuis la plateforme GrabCAD, sont utilisés dans cette phase de conception préliminaire, afin de valider les assemblages mécaniques entre ces différents sous-ensembles et la structure de la console de commande.

Voir aussi

Articles – Conception préliminaire

Articles – Console de commande

Commande du bras robotique .V1

Cet article présente la réalisation de la version 1 de l’électronique de commande des bras robotiques équipant le diorama de la Batcave du projet BATLab112.

Cahier des charges

  1. Objectif général
  2. Spécifications fonctionnelles
  3. Spécifications techniques

Objectif général

L’objectif opérationnel est de réaliser une maquette électronique assurant la commande en mode manuel et en mode automatique des bras robotisés équipant le diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette maquette doit permettre dans un premier temps, une commande des bras robotiques suivant trois modes de fonctionnement : Mode manuel, Mode automatique, Mode apprentissage.

L’objectif pédagogique consiste à se familiariser avec les principes de commande des servomoteurs.

Spécifications fonctionnelles

La sélection des différents mode de fonctionnement des bras robotiques par l’opérateur doit s’effectuer par des boutons poussoirs. Des voyants assurent la visualisation des états de fonctionnement.

Mode manuel

En mode manuel, les 2 bras robotiques sont commandés indépendamment. La commande des articulations est réalisée par l’intermédiaire de potentiomètres rotatifs. Cette commande doit s’effectuer en temps réel. La rotation de l’axe d’un potentiomètre doit entrainer la rotation de l’articulation correspondante.

Mode automatique

En mode automatique, les 2 bras robotisés sont commandés, indépendamment ou simultanément, suivant des consignes différentes. La commande des articulations est gérée par une unité de contrôle dans laquelle sont enregistrées l’ensemble des consignes nécessaires.

Mode apprentissage

En mode apprentissage, les 2 bras robotisés sont commandés indépendamment ou simultanément. L’enchainement des positions à apprendre pour chaque bras robotisé est défini par l’utilisation des commandes du mode manuel. La restitution de l’enchainement des positions enregistrées pour chaque bras est réalisée en mode automatique.

Spécifications techniques

Les actionneurs à commander

Chaque articulation des bras robotiques est équipée d’un servomoteur. Chaque bras est ainsi équipés de 4 servomoteurs.

L’unité de contrôle

L’unité de contrôle est une Carte Arduino Due.


Listes du matériel

Liste du matériel support

DésignationQtéRéférenceSource
Platine de prototype1Breadboard 830 NeufTechwww.amazon.fr
Alimentation 5VDC2USB
Alimentation 6VDC1Servomoteurs

Remarque : Les composants des alimentations électriques seront spécifiquement traités dans un prochain article.

Liste des composants utilisés

DésignationQtéRéférenceSource
Unité de contrôle1Carte Arduino Duestore.arduino.cc
Bouton rotatif8Potentiomètrewww.amazon.fr
Bouton poussoir6Bouton poussoir tactilewww.amazon.fr
Voyant rouge2Led 3mm rougewww.amazon.fr
Voyant bleu3Led 3mm bleuwww.amazon.fr
Voyant vert5Led 3mm vertewww.amazon.fr
*9Résistance

Schéma de câblage

Dans le cadre du projet BATLab112, les schéma électriques ou électroniques sont réalisés avec le logiciel KICAD. Vous pouvez télécharger le fichier du schéma de câblage au format PDF par le lien qui suit.


Code Arduino

Commentaires concernant ce code

Le code présenté ici est une première approche pour mettre en oeuvre les fonctions nécessaires aux commandes des servomoteurs et valider le principe général de commande de la maquette. Ce code n’est donc pas optimisé.


Validation technique et fonctionnelle

La maquette du bras robotisé

Cette maquette est réalisée pour les besoins de la validation technique et fonctionnelle de l’électronique de commande associée au code développé pour la carte Arduino Due qui pilote l’ensemble.

Cette maquette est réalisée avec des emballages de briques de jus de fruit. Cette matière légère, est suffisamment résistante pour supporter les assemblages nécessaires (ruban adhésif + boulon). Elle présente aussi une face dont l’état de surface est semblable à celui de l’aluminium, ce qui donne un rendu plutôt satisfaisant.

Cette maquette ne respecte pas fidèlement le design conçu en modélisation 3D et présente des défauts de fabrication qui induisent des perturbations dans les mouvements telles que des vibrations.

La vidéo du mode automatique


Conclusions

Electronique de commande

Ces tests permettent de valider le montage de l’électronique de commande des servomoteurs.

Trois points d’améliorations sont identifiés pour être intégrés dans les futures versions.

  • Point n°1 : Commandes manuelles
    • Constat : Les actions sur les potentiomètres de commande des servomoteurs impliquent l’usage d’un tournevis.
    • Evolution : Equiper les potentiomètres de boutons
  • Points n°2 : Enregistrement des positions en mode automatique
    • Constat : Les positions prédéfinies du mode automatique nécessitent la programmation de la Carte Arduino Due.
    • Evolution : Disposer d’un interface plus élaboré que des boutons poussoirs pour enregistrer ces positions sans avoir recours à la re-programmation systématique de la carte (exemples : clavier + écran ou écran tactile).
  • Points n°3 : Enregistrement des positions en mode apprentissage
    • Constat : Le nombre de positions disponible dans le mode apprentissage est limité à 5, ce qui est insuffisant pour envisager des enchaînement de trajectoires complexes.
    • Evolution : Disposer d’un interface plus élaboré que des boutons poussoirs et des Leds pour enregistrer ces positions (exemples : clavier + écran ou écran tactile).

Arduino Due + Code

Ces tests permettent de valider l’utilisation de la Carte Arduino Due et sa capacité à supporter le code nécessaire à la commande des servomoteurs.

Un point d’amélioration est identifié pour être intégré dans les futures versions.

  • Point n°4 : Codage de trajectoire plus fluide
    • Constat : Dans la démonstration réalisée en mode automatique les servomoteurs sont pilotés les uns après les autres pour atteindre chacune des positions. Cette méthode induit des mouvements lents et décomposés.
    • Evolution : Développer un pilotage simultané des servomoteurs pour obtenir des mouvement plus fluides et rapides

Servomoteurs

Ces tests permettent de valider l’utilisation de 3/4 servomoteurs comme actionneurs des articulations des bras robotisés. Une effet, le servomoteur utilisé pour l’articulation de l’épaule semble manqué par moment de couple. Cependant, compte tenu de la qualité de fabrication de la maquette qui n’est pas optimum il est difficile de conclure.