La conception préliminaire de la structure du diorama de la Batcave fait suite à la modélisation de l’intégration des systèmes industriels présents dans le diorama. Voir l’article …
La conception préliminaire de la plateforme rotative est réalisée à partir des spécifications techniques et fonctionnelles du cahier des charges. Voir l’article …
FreeCAD – Batcave Diorama – Main structure – Screenshot 001
FreeCAD – Batcave Diorama – Main structure – Screenshot 002
Screenshot 001 – La structure principale est composée d’un plateau sur lequel viennent se fixer les quatre piliers principaux à chaque angle. Ce plateau correspond au niveau 0, celui le plus bas du diorama. Le design des piliers est conçu pour soutenir le plateau du niveau 0, correspondant au niveau d’entrée de la Batmobile dans la Batcave, les chemins de roulements du pont roulant bipoutre, ainsi que le plateau de niveau 0.
Screenshot 002 – Le module du local électrique se glisse entre les piliers du fond du diorama, sur le plateau du niveau 0. Ce module se décompose en deux parties : Une plateforme surélevée et un panneau vertical correspondant au mur de fond.
FreeCAD – Batcave Diorama – Main structure – Screenshot 003
FreeCAD – Batcave Diorama – Main structure – Screenshot 004
Screenshot 003 – Le module du pont élévateur est posé sur le plateau du niveau 0. Ce module se décompose en un plateau et quatre piliers, ainsi que des renforts pour supporter les quatre axes verticaux du pont élévateur. Ce module est lui aussi conçu pour être démontable, même si sa taille doit permettre de le manipuler d’une seule pièce.
Screenshot 004 – Le demi plateau du niveau 0, correspondant au niveau de l’atelier automatisé de la Batcave, est posé sur la partie basse des deux piliers principaux ainsi que les deux piliers du module du pont élévateur. Le design de ce plateau est conçu pour intégrer l’arrondi de la plateforme rotative au plus prêt, afin de permettre l’accès piéton à la plateforme.
FreeCAD – Batcave Diorama – Main structure – Screenshot 005
FreeCAD – Batcave Diorama – Main structure – Screenshot 006
Screenshot 005 – Le plateau du niveau 0 est posé sur les quatre piliers principaux de la structure.
Screenshot 006 – Le mur du fond est composé des panneaux verticaux du local technique et de la zone de contrôle. Les trois autres murs sont non définis jusque là ; les deux murs latéraux du diorama ainsi que le mur en face avant. Comme ces murs n’ont qu’un rôle esthétique, leurs designs n’est pas étudiés dans cette phase de conception préliminaire dont l’objectif consiste à focaliser sur les aspects fonctionnels du diorama.
Modélisation 3D
FreeCAD
La modélisation de la structure de l’atelier de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.
L’animation 3D de présentation de la structure de l’atelier de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé par macros en langage Python sous FreeCad V0.19
Cet article présente l’intégration, la dernière étape de la conception préliminaire de la plateforme rotative du diorama pédagogique de la Batcave, à l’échelle 1/12, du projet BATLab112.
La simulation de l’intégration des équipements industriels, consiste à rassembler tous les équipements industriels conçus séparément, dans une modélisation globale de l’atelier de la Batcave du projet BATLab112. Le premier objectif est de contrôler la cohérence du dimensionnement respectif de ces équipements, ainsi que la conformité de leurs interactions fonctionnelles. Le deuxième objectif est de définir la structure de l’architecture générale de l’atelier.
Les quatre équipements industriels sont intégrés ici dans leurs dernières versions issues de la conception préliminaire. La structure générale du diorama supportant ces équipements est symbolisée par les deux plans horizontaux. Cette mise en situation permet de contrôler si les dimensions du diorama prévues dans le cahier des charges sont respectées.
Vues de détails
Situation n°1
Situation n°2
Cette simulation de l’intégration des équipements permet de contrôler l’implantation verticale des équipements.
La situation n°1 représente le pont roulant positionné au dessus de la plateforme de la Batmobile en position basse. Les bras robotiques en position initiale, passent au dessus de la Batmobile.
La situation n°2 représente la plateforme de la Batmobile en position haute. Les dimensions du pont élévateur assure le bon positionnement verticale de la plateforme par rapport au sol du niveau supérieur. Le dégagement du pont roulant permet l’élévation de la plateforme.
Simulation fonctionnelle 3D
L’intérêt de la simulation fonctionnelle en 3D, autrement dit visualiser à ce stade de la conception du projet, la mise en mouvement coordonné des équipements industriels composants l’atelier robotique de la Batcave du projet BATLab112, est double. Si la conception 3D permet une mise en situation statique des objets, la simulation 3D permet une appréhension plus fine des comportements dynamiques de ces objets. Cette approche a permis notamment d’expérimenter différents types d’organisation de l’atelier sans avoir besoin de réaliser de prototypes.
Modélisation 3D
FreeCAD
La modélisation de l’atelier de la Batmobile équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.
La simulation fonctionnelle 3D de la version présentée de la configuration de l’atelier est satisfaisante, notamment la cinématique de la Batmobile et de l’ensemble ; pont roulant et bras robotiques. La conception préliminaire de chacun des quatre équipements est donc validée.
La conception préliminaire de la plateforme rotative fait suite à la phase d’étude des systèmes industriels existants. Voir l’article …
La conception préliminaire de la plateforme rotative est réalisée à partir des spécifications techniques et fonctionnelles du cahier des charges. Voir l’article …
Vue générale
Le concept du pont élévateur bipoutre 4 colonnes est l’association de deux concepts industriels, le pont élévateur 4 colonnes et le pont suspendu bipoutre. Les deux poutres se déplacent selon un axe vertical grâce aux actions synchronisées des 4 colonnes de levage. Chaque poutre est entrainée par 2 colonnes en vis-à-vis.
Dimensionnement
Le pont élévateur doit être en capacité de soulever la Batmobile dont la masse du modèle le plus lourd est de 3000 kg, ainsi que la plateforme rotative. dont la masse reste inférieure à 2000 kg. En prenant en compte un coefficient de sécurité et compte-tenu des normes en terme de capacité de levage constatée, le pont élévateur pris en référence pour le projet BATLab112 aura donc une capacité de levage d’environ 5 tonnes.
Design
Pour satisfaire aux objectifs de réalisme d’un diorama pédagogique, les designs des systèmes industriels de l’atelier du projet BATLab112 sont inspirés de designs de systèmes existants. Celui des poutres du pont élévateur 4 colonnes est inspiré de système tel que celui présenté dans la photo ci-contre.
Vues de détails
Modélisation 3D
FreeCAD
La modélisation du pont élévateur de la Batmobile équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.
Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire du pont élévateur équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.
La conception préliminaire de la plateforme rotative fait suite à la phase d’étude des systèmes industriels existants. Voir l’article …
La conception préliminaire de la plateforme rotative est réalisée à partir des spécifications techniques et fonctionnelles du cahier des charges. Voir l’article …
Vue générale
Dimensionnement
Compte tenu des objectifs du projet en terme de dimensions finales du diorama pédagogique à l’échelle 1/12, le diamètre de la plateforme est fixé à 600mm. Cette dimension correspond à la valeur minimum compatible avec le modèle de la Batmobile définit pour le projet BATLab112.
Vues de détails
Design du plateau
Le design du plateau de la plateforme rotative du diorama du projet BATLab112 est directement inspirée de la plateforme présente dans la Batcave des films – Batman vs Superman – de 2016 et – Justice League – de 2021. Mais au-delà de la simple référence, ce design est aussi parfaitement fonctionnel.
La plateforme rotative du diorama du projet BATLab112 représente une plateforme de 6 mètres de diamètre, en mouvement vertical pendant sa rotation. Même à faible vitesse, la portance du système aurait des conséquences néfastes sur le reste de la structure. Ainsi, les ouïes présentes sur le plateau réduisent la portance de la plateforme. De plus, en prenant en compte l’ambiance plutôt très humide de la grotte de la Batcave, ces ouïes permettent un écoulements de l’eau qui pourrait s’accumuler sur la plateforme.
Design de la structure
Le design de la structure de la plateforme est directement inspirée de structures de plateformes rotatives industrielles, relevées lors de l’étude de systèmes existants. Cette structure repose sur 4 poutres de section rectangulaire, elles-mêmes fixées sur un roulement à billes de type Lazy Susan.
Dans cette phase de conception préliminaire, seul le design général de la structure mécanique de la plateforme est modélisé. L’assemblage des différentes pièces n’est pas pris en compte ici.
Transmission de la rotation
Le système de transmission de la rotation est conçu à partir d’un roulement de type Lazy Susan, d’une courroie et d’une poulie utilisées dans la transmission des imprimantes 3D, ainsi qu’un moteur 6V DC.
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.
Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire de la plateforme rotative équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.
L’article présente la conception préliminaire du poste électrique HT/BT du diorama BATLab112, détaillant l’architecture, la modélisation des structures mécaniques et le dimensionnement des composants. Il décrit la conversion de la tension secteur 230 V AC en tensions continues adaptées, ainsi que l’intégration des dispositifs de raccordement, de protection et de distribution au sein du réseau électrique…
Armoire de raccordement électrique : interface secteur du réseau de la Batcave
Le poste HT/BT est l’élément amont du réseau de distribution électrique du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Ce poste HT/BT intègre les fonctions suivantes :
Le raccordement du diorama au secteur 230V 50Hz
Le convertisseur de tension AC/DC
La commande des tensions de sorties du convertisseur
Raccordement électrique du diorama au réseau domestique 230 VAC
Module de raccordement électrique du diorama : Transposition à l’échelle 1/12 du diorama
À l’échelle réelle (1:1), le module de raccordement, implanté en amont du poste HT/BT, assure l’interface entre un réseau de distribution électrique basse tension (BT) et un réseau haute tension (HT).
À l’échelle du diorama, cette fonction est transposée au sein d’une armoire de raccordement dédiée, dont le rôle est d’assurer la connexion du réseau électrique de la Batcave au réseau électrique domestique 230 V – 50 Hz. L’entrée de cette armoire autorise un raccordement direct à une prise secteur standard, au moyen d’un câble électrique de type 3G 1,5 mm².
Architecture interne de l’armoire de raccordement du diorama
L’architecture de l’armoire de raccordement au réseau électrique domestique 230VAC repose sur un ensemble de dispositifs mécaniques et électroniques assurant à la fois le raccordement des câbles et la fonction de sectionneur.
Deux passe-câbles
Deux borniers de raccordement
Un sectionneur
Les passe-câbles
Les deux passe-câbles assurent la fixation mécanique et la protection des câbles, tant à l’entrée, en provenance de la prise secteur, qu’à la sortie, vers le convertisseur. Ces dispositifs permettent de maintenir les câbles en position, d’éviter toute traction ou flexion excessive et de prévenir l’usure ou les dommages mécaniques au niveau des points de passage. En garantissant un cheminement contrôlé et sécurisé des câbles, les passe-câbles contribuent à la fiabilité et à la sécurité de l’ensemble du système électrique du diorama.
Les borniers de raccordement
Les deux borniers de raccordement assurent la connexion électrique sécurisée des câbles en entrée et en sortie du système. Ces borniers constituent des points de jonction essentiels, permettant de relier de manière fiable le câble provenant de la source d’alimentation et celui dirigé vers le convertisseur ou les sous-systèmes. Outre leur rôle de connexion, ils facilitent les opérations de contrôle, de maintenance et de remplacement des câbles, tout en garantissant la continuité du circuit électrique et la sécurité des utilisateurs.
Le sectionneur
L’interrupteur-sectionneur joue un rôle essentiel dans la sécurité et la gestion de l’alimentation électrique du diorama. Il permet d’isoler complètement le système vis-à-vis du réseau électrique, interrompant le flux de courant de manière sûre et contrôlée. Cette fonction d’isolement est indispensable lors des opérations de maintenance, de modification du câblage ou en cas de défaillance électrique, afin de protéger à la fois les utilisateurs et les équipements. En outre, le sectionneur garantit que le diorama peut être mis hors tension rapidement et de manière fiable, sans risque d’arc électrique ni de dommage aux composants connectés.
Principe de fonctionnement de l’armoire de raccordement électrique
Une fois le raccordement au réseau secteur réalisé par l’intermédiaire du bornier d’entrée, le basculement de l’interrupteur-sectionneur en position fermée permet l’alimentation en énergie électrique du convertisseur de puissance du diorama.
À l’inverse, le positionnement de l’interrupteur-sectionneur en position ouverte assure l’isolement complet du diorama vis-à-vis du réseau électrique domestique. Cette armoire constitue l’unique point de raccordement au secteur, afin de garantir un niveau élevé de sécurité pour les utilisateurs et de maîtriser l’ensemble des flux énergétiques alimentant le diorama.
Modélisation 3D des composants électriques de l’armoire de raccordement
Modèle 3D du presse étoupe, passe câble, utilisé dans les 3 modules du poste HT/BT.
Modèle 3D du bloc de jonction, 230VAC, utilisé comme bornier de raccordement.
Modèle 3D de support de Led, utilisé comme passe câble du module sectionneur.
Modèle 3D des interrupteurs 230VAC utilisés comme sectionneur général du poste HT/BT.
Le convertisseur de puissance du poste électrique du diorama
Convertisseur de puissance : Transposition à l’échelle 1/12 du diorama
A l’échelle 1:1, le transformateur est l’équipement central du poste HT/BT. Il assure la transformation de la Haute Tension alternative du réseau de distribution électrique régional, en Basse Tension alternative 230V 50Hz.
A l’échelle du diorama, le transformateur est remplacé par un module – convertisseur de puissance -, qui assure la conversion de la tension secteur alternative 230V 50Hz en basses tensions continues compatibles avec les composants électroniques et actionneurs du projet ; électronique, moteurs…
Architecture du convertisseur de puissance
L’architecture du convertisseur de puissance du diorama repose sur un ensemble de dispositifs mécaniques et électroniques assurant à la fois la conversion des niveaux de tension et la distribution sécurisée de l’énergie électrique vers les différents sous-systèmes.
Des passes câbles d’entrées et de sorties
Un convertisseur 230VAC / 12VDC
Des convertisseurs DC/DC
Une carte électronique à base de relais électromagnétiques
Une infrastructure mécanique
Les passe-câbles d’entrée
Les câbles d’entrée du convertisseur sont maintenus mécaniquement par trois passe-câbles distincts. Ceux-ci concernent le câble d’alimentation secteur en 230VAC provenant de l’armoire de raccordement, le câble de sortie en 12VDC à destination du tableau basse tension, ainsi que le câble de commande issu de ce même tableau. Ces éléments garantissent la tenue mécanique, la protection et le cheminement contrôlé des liaisons électriques.
Les passe-câbles de sortie
En sortie, quatre passe-câbles assurent le maintien mécanique et l’acheminement des câbles correspondant aux différentes tensions continues distribuées, notamment les tensions de 5 V DC, 6 V DC et 12 V DC, destinées à l’alimentation des composants électroniques et des actionneurs du diorama.
Chaîne de conversion électrique AC/DC et DC/DC du diorama
Sur le plan fonctionnel, un convertisseur AC/DC assure la transformation de la tension secteur 230V – 50 Hz en une tension continue de 12VDC. Cette tension intermédiaire est ensuite traitée par des convertisseurs DC/DC, dont le rôle est d’abaisser et de réguler la tension afin de fournir des niveaux adaptés, tels que 5VDC et 6VDC, compatibles avec les exigences électriques des sous-systèmes du diorama.
Carte électronique de commutation à base de relais électromagnétiques
Enfin, une carte électronique dédiée, intégrant des relais de puissance, assure la commutation et la distribution contrôlée des différentes tensions continues de sortie, contribuant à la gestion fonctionnelle et à la sécurisation de l’alimentation électrique globale du diorama.
Principe de fonctionnement du convertisseur de puissance
Lorsque l’interrupteur sectionneur de l’armoire de raccordement est basculé en position haute, le convertisseur 230VAC/12VDC du convertisseur de puissance, est alors alimenté en énergie électrique. Il fournit une tension de 12V continue en sortie. Cette tension alimente alors le panneau basse tension pour contrôler l’alimentation électrique des convertisseurs DC/DC.
Lorsque le convertisseur 230VAC/12VDC est sous tension, et que le bouton d’arrêt d’urgence du panneau basse tension est relâché, un appui sur un des boutons poussoirs du panneau de commande, déclenche la commande d’un relais. Ce relais commute la tension du convertisseur DC/DC correspondant, en sortie du convertisseur de puissance.
Modélisation 3D des composants électriques du convertisseur de puissance
Modèle 3D de l’alimentation utilisée comme convertisseur 230VAC/12VDC.
Modèle 3D des convertisseurs de tensions 12VDC/6VDC et 12VDC/5VDC.
Modèle 3D des borniers utilisés sur la carte des relais de.commutation des tensions de sortie.
Modèle 3D des relais utilisés pour commuter les tensions de sorties du convertisseur.
L’armoire de commande des basses tensions du diorama
Armoire de commande des basses tensions : Transposition à l’échelle 1/12
A l’échelle 1:1, le tableau BT permet de répartir l’énergie électrique sur les différents départs issus du poste de transformation. A l’échelle du diorama, cette armoire centralise les commandes des tensions continues en sortie du convertisseur.
Architecture de l’armoire de commande des basses tensions
L’architecture de l’armoire de commande des basses tensions du diorama repose sur un ensemble de dispositifs mécaniques et électroniques assurant à la fois le raccordement des câbles de distribution des basses tensions et la commutation de ces tensions vers les différents sous-systèmes.
Des passe-câbles d’entrées et de sorties
Un Bernier de raccordement des câbles
Une carte électronique à base de relais électromagnétiques
Une carte électronique des commandes manuelles
Une structure matérielle
Les passe-câbles d’entrée et de sortie
Les deux passe-câbles assurent le maintien mécanique du câble en entrée (depuis la sortie du convertisseur 230VAC/12VDC) et en sortie (vers la carte électronique des relais).
Le Bornier de raccordement
Le bornier de raccordement assure la connexion électriques des câbles.
La carte électronique des commandes manuelles
La carte électronique – PCB des commandes -, centralise tous les circuits de commande des tensions de sortie du convertisseur de puissance.
La carte électronique des relais de commutation des basses tensions
La carte électronique – PCB des relais -, assure la commutation des différentes tensions de sortie du convertisseur de puissance, sous le contrôle des commandes.
Les cartes électroniques sont réalisées en logique câblée, à partir de relais électromagnétiques, de boutons poussoirs et de voyants de visualisation réalisés à partir de LEDs.
Principe de fonctionnement de l’armoire de commande des basses tensions
Lorsque le convertisseur 230VAC / 12VDC est raccordé au réseau électrique domestique lors du basculement de l’interrupteur sectionneur de l’armoire de raccordement en position haute, il délivre en sortie une tension de 12V DC. Cette tension est alors utilisée pour alimenter en énergie électrique, une carte électronique de commande et une carte de relais qui contrôlent les tensions de sortie du convertisseur de puissance.
Modélisation 3D des composants électriques de l’armoire de commande des basses tensions
Modélisation 3D avec FreeCAD du poste électrique du diorama à l’échelle 1/12
La modélisation 3D du poste 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.
Dans le cadre de cette phase de conception préliminaire, seule la géométrie générale de la structure mécanique de la console de commande est modélisée. L’assemblage détaillé des différentes sous-parties n’est pas abordé à ce stade. L’objectif principal consiste à valider la faisabilité technique du concept retenu, ainsi que son intégration fonctionnelle et dimensionnelle à l’échelle 1/12. La définition précise des modalités d’assemblage des sous-ensembles sera réalisée ultérieurement, lors de la conception détaillée et de la fabrication du premier prototype.
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.
La conception préliminaire de la console de commande fait suite à la phase d’étude préliminaire des systèmes industriels existants. Voir l’article …
La conception préliminaire de la plateforme rotative est réalisée à partir des spécifications techniques et fonctionnelles du cahier des charges. Voir l’article …
Vue générale
Le design retenu pour ce premier prototype, issu de la phase de benchmarking, est constitué de deux sous-ensembles : un pupitre et un panneau vertical.
Vues de détails
Pupitre
Le design du pupitre présente un panneau incliné pour supporter les commandes manuelles et un panneau avant légèrement incliné vers l’intérieur pour une meilleur approche de l’opérateur.
Panneau vertical
Le design panneau vertical est conçu pour intégrer deux écrans de contrôle et supporter deux cartes Arduino fixées à l’arrière.
Structure du pupitre
Screenshot n°1
Screenshot n°2
Screenshot n°3
Le design des deux pièces latérales (screenshot n°1) donne la forme générale au pupitre selon les critères retenues lors de la phase benchmarking. Compte-tenu de la complexité du design de ces pièces, elles seront réalisées par impression 3D.
Le design du cadre incliné (screenshot n°2) est conçu pour pouvoir fixer 2 PCB au format 20×80 mm, côte à côte. Cette pièce sera aussi réalisée par impression 3D pour des raisons de précisions de réalisation.
Les autres pièces (screenshot n°3) constituant le pupitre, seront réalisées en bois pour assurer la robustesse de l’ensemble et faciliter le travail de percage lors de la fabrication du prototype.
Modélisation 3D
Dans cette phase de conception préliminaire, seul le design général de la structure mécanique de la console de commande est modélisé. L’assemblage des différentes sous-parties n’est pas pris en compte ici. Il s’agit avant tout de valider la faisabilité technique de ce design ainsi que son intégration à l’échelle 1/12. Les détails de l’assemblage des différents sous-ensembles se fera lors de la réalisation du premier prototype.
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.
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.
La conception préliminaire de la plateforme rotative fait suite à la phase d’étude des systèmes industriels existants. Voir l’article …
La conception préliminaire de la plateforme rotative est réalisée à partir des spécifications techniques et fonctionnelles du cahier des charges. Voir l’article …
Vue générale
Dimensionnement
Pour dimensionner le pont roulant bipoutre suspendu, de l’atelier automatique de la Batcave du projet BATLab112, le bras robotique le plus puissant (et le plus lourd) du marché à l’heure où cet article est édité, est pris comme référence. Ces bras robotiques ont une masse totale de 22000 kg. A cela il faut encore ajouter la masse de la charge utile. Si les bras robotiques doivent pouvoir soulever la Batmobile dont la masse du modèle le plus lourd est de 3000 kg, nous obtenons une masse utile de 25000 kg. En prenant en compte un coefficient de sécurité et compte-tenu des « normes » en terme de capacité de levage constatée, le pont roulant bipoutre pris en référence pour le projet BATLab112 aura donc une capacité de levage d’environ 40 tonnes.
Ce premier design du sommier du pont roulant inclut déjà les empreintes des roulements à billes et des axes de rotation des roues. A ce stade de conception préliminaire, la faisabilité technique de fabrication de ce design n’a pas été évaluée.
Le design des poutres du pont roulant inclut les platines de fixation sur les sommiers.
Modélisation 3D
FreeCad
La modélisation du pont roulant bipoutre équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.
Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire pont roulant bipoutre équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.
Les bras robotiques du projet BATLab112 sont entièrement conçus pour répondre aux exigences du projet. Même si il existe de nombreux modèles commerciaux de bras robotiques dits d’apprentissage, la taille de ces modèles n’est pas forcément compatible avec l’échelle de réalisation au 1:12 du projet et leur esthétique n’est jamais conforme à celle d’un robot industriel.
Les bras robotiques disposent de 4 degrés de liberté, autrement dit 4 articulations. Un moteur installé dans chaque articulation en assure la rotation.
Modélisation 3D
Evolution du design des versions des bras robotiques
Le design des bras robotiques est contraint par l’espace disponible dans l’atelier automatisé de la Batcave, notamment la hauteur sous plafond. A cette contrainte s’ajoute la contrainte de pouvoir accéder à tous les points de la surface de la Batmobile.
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.
La base est la pièce qui assure la fixation du bras robotique sur le pont roulant bipoutre. Ses dimensions sont conditionnées par l’implantation du servomoteur qui assure la rotation 1/2 de l’épaule.
Epaule
La pièce constituant l’épaule du bras robotique se fixe sur la base. Ses dimensions sont conditionnées par l’implantation du servomoteur qui assure la rotation 2/2 de l’épaule.
Bras et Avant-bras
Coude
La pièce qui assure la rotation 1/1 du coude intègre le Troisième servomoteur.
Poignet
La pièce constituant le poignet intègre un éventuel cinquième servomoteur dont la présence dépendra du design final du préhenseur.
Préhenseur
La conception du préhenseur reste à faire. L’objectif est de concevoir ( ou d’utiliser un concept existant ) un préhenseur capable de de s’équiper de différents outils spécialisés.
Calcul de masse
Le calcul de la masse maximale de chacune des composantes mécaniques du bras ; épaule, bras, avant-bras, permet de sélectionner le matériau adéquat pour la fabrication de ces pièces et de les dimensionner plus précisément ; épaisseur, densité …
Configurations de calcul
Configuration n°1 :
Cette première configuration présente des conditions favorables de ce calcul : Le bras à l’horizontal et l’avant bras vertical. Le poids équivalent aux poids de ces deux pièces (P) s’exerce à une distance restreinte du point de rotation. Par conséquent, le couple exercé par le moteur de l’épaule est plus faible que dans la deuxième configuration.
Configuration n°2 :
Cette configuration présente des conditions défavorables de ce calcul : le bras et l’avant bras sont tendus à l’horizontale. Le poids équivalent aux poids des deux pièces, s’exerce à une distance plus grande que dans la première configuration. Par conséquent, le couple exercé par le moteur de l’épaule est plus important.
Remarque : Même si la deuxième configuration reste improbable compte tenu de l’implantation des bras robotiques dans le diorama, elle permet une estimation des valeurs limites.
Données et approximations pour ce calcul
Le bras et l’avant-bras du bras robotique ont la même longueur (L = 15 cm). Le bras et l’avant-bras du bras robotique ont la même masse (m) répartie de manière homogène. La masse du poignet ( et du préhenseur ) sont négligées.
Caractéristiques techniques d’un servomoteur
Le site affiche un couple sous 4,8V de 1kg/cm (voir extrait). L’unité utilisée n’est pas conforme avec celle d’un couple qui devrait être 1kg.cm. Nous utiliserons cette valeur pour la suite des calculs.
Calculs
Configurations 1 :
C = L/2 x m + L x m C = (L/2 + L) x m C = 3/2L x m m = C / 3/2L m = 1 / (3/2×15) m = 44g
Configuration 2 :
C = L/2 x m + 3/2L x m C = (L/2 + 3/2L) x m C = 2L x m m = C / 2L m = 1 / (2×15) m = 33g
BATLab112 