Le logiciel FreeCAD propose une option de vue en rotation, qui peut s’appliquer sur tout ou partie des objets 3D présents dans le fichier de conception en cours. Passer l’effet captivant d’une telle animation, je me suis posé la question de l’intérêt d’une telle fonction. Mon retour d’expérience sur l’utilisation du logiciel FreeCAD depuis 2018, pour concevoir le diorama de la Batcave du projet BATLab112, me permet d’apporter plusieurs réponses à cette question.
Une première réponse se trouve dans l’ADN même d’un logiciel tel que FreeCAD. En effet, une attente légitime lorsque l’on utilise un logiciel de conception 3D volumétrique, n’est-elle pas de pouvoir visualiser les objets en 3D ? Par conséquent, la vue en rotation est un excellent outil pour cela. Surtout que cette vue dynamique participe à une meilleure visualisation dans l’espace, pour se créer une image mentale des objets conçus plus précise.
Un aperçu dynamique plus complet
Si cette réponse pourrait suffire à justifier cette option de présentation sous FreeCAD, il n’en reste pas moins que son utilité va au-delà de cette évidence. Compte tenu des performance de FreeCAD, il est possible de concevoir des systèmes complexes inertes ou animés, dont la position ou le mouvement de chaque sous-ensemble est contraint par d’autres. Utiliser les angles de vue pré-réglés, tels que les vue de faces ou les vue de trois-quarts, permettent bien d’obtenir des points de vue différents du comportement des sous-ensembles entre eux. Pour autant, cette succession de points de vue ne permet pas toujours d’appréhender dans leurs globalités toutes les interactions en présence. La vue en rotation est alors un outil très interessant pour avoir un aperçu dynamique complet.
Un outil de communication
Il reste encore un avantage important à l’utilisation de cette option de vue en rotation. Savoir concevoir des systèmes 3D complexes est une chose, mais savoir communiquer sur les détails de leur conception, échanger des points de vue pour optimiser les designs ou trouver des solutions techniques, en est une autre. La vue en rotation trouve donc toute son utilité dans ce besoin de communication quelqu’en soit les raisons. Si « un bon croquis vaut mieux qu’un long discours » alors une vue en rotation vaut mieux qu’un croquis en 2D pour appréhender une conception en 3D !
Utilisation dans le projet BATLab112
FreeCAD est utilisé pour concevoir le diorama de la Batcave du projet BATLab112. Ce diorama présente des modèles réduits d’équipements industriels, à l’échelle 1/12. Ces équipement sont tous mobiles et leurs interactions en mouvement sont millimétrées, compte-tenu de l’espace restreint dans lesquels ils sont mis en oeuvre. Par conséquent, obtenir une image mentale la plus précise possible de ce puzzle en 3D est primordial.
Cet article décrit la conception détaillée d’une armoire de distribution électrique basse tension à l’échelle 1/12 pour le diorama de la Batcave du projet BATLab112. Il expose les contraintes mécaniques et fonctionnelles rencontrées, notamment l’importance d’une structure interne robuste pour maintenir les composants et faciliter les manipulations. Les systèmes réalistes à échelle réduite et leur…
La réalisation du prototype du poste HT/BT du diorama a mis en évidence les limites du mode opératoire initialement retenu pour la fabrication des armoires électriques. En particulier, l’absence de structure interne dédiée ne permet ni d’assurer une rigidité mécanique suffisante pour des manipulations répétées, ni de garantir un maintien adéquat et pérenne des composants internes de l’armoire.
L’objectif de cette démarche est double. Il s’agit, en premier lieu, de concevoir une structure interne générique, applicable à l’ensemble des armoires électriques du diorama de la Batcave. En second lieu, il convient de développer des équipements modulaires destinés à faciliter le câblage de ces armoires à l’échelle 1/12, tout en respectant de manière aussi fidèle que possible les principes de conception, d’implantation et de fonctionnement mis en œuvre à l’échelle réelle.
L’article présente la conception détaillée et la réalisation du premier prototype fonctionnel du poste électrique HT/BT à l’échelle 1/12 pour le diorama pédagogique de la Batcave du projet BATLab112. Il s’inscrit dans la phase de conception détaillée visant à reproduire avec fidélité les fonctions d’un poste électrique industriel.
Fondements du design proposé — Héritage de la phase de parangonnage
Le design présenté dans cet article, s’inscrit dans la continuité des articles précédents mais aussi de la phase de parangonnage des équipements électriques industriels existants. Dans cet article, une analyse systématique des systèmes existants à l’échelle 1 : 1, ainsi que des principes de fonctionnement et d’architecture interne des armoires de distribution, a été conduite afin d’identifier les contraintes techniques et mécaniques applicables à une reproduction à l’échelle 1 : 12. Ces éléments ont servi de base à l’élaboration des choix de conception retenus ici, notamment en matière de structure interne, d’intégration des modules (sectionneur, porte‑fusible) et d’optimisation pour fabrication additive.
Le design actuel reprend et adapte ces principes fondamentaux, en les contextualisant dans le cadre d’une approche modulaire et manufacturable par impression 3D. Cette démarche vise à garantir la fidélité fonctionnelle et mécanique des armoires tout en tirant parti des enseignements issus de la revue des équipements existants et des solutions techniques proposées dans l’article de conception détaillée original.
L’article examine les infrastructures industrielles de distribution électrique existantes en vue de leur adaptation à un diorama pédagogique représentant la Batcave. Il détaille d’abord la structure fonctionnelle d’un poste HTA/BT, qui abaisse la tension moyenne à basse tension et regroupe les dispositifs de protection, de transformation et de distribution. Ensuite, il analyse les armoires de…
Architecture des armoires de distribution électrique à l’échelle 1/12 du diorama de la Batcave
Entrées / Sorties
Les armoires de distribution électrique sont systématiquement dotées d’une entrée d’alimentation et de six sorties. À la date de publication de cet article, ce nombre de sorties excède les besoins liés aux équipements actuellement intégrés au diorama de la Batcave dans le cadre du projet BATLab112. En effet, quatre équipements sont à ce stade en cours de développement : la plateforme rotative, le pont élévateur, le pont roulant et les bras robotiques. Ces dispositifs sont chacun commandés et alimentés en énergie électrique par l’intermédiaire de leurs consoles de commande respectives. Les deux sorties restantes, volontairement non affectées, ont été prévues afin d’anticiper et de faciliter l’intégration d’évolutions fonctionnelles et de nouveaux équipements ultérieurs.
Pour + d’informations concernant la conception à l’échelle 1/12 des équipements industriels présents dans le diorama :
Les armoires de distribution électrique intègrent deux modules internes principaux : un sectionneur et un porte-fusible. Ces deux dispositifs ont été spécifiquement conçus et développés pour répondre aux exigences du projet BATLab112. Leur conception prend en compte les contraintes propres à une réalisation à l’échelle 1/12, tant sur le plan dimensionnel que sur celui de l’assemblage, tout en respectant les principes de fonctionnement, de sécurité et d’architecture habituellement mis en œuvre pour ce type de modules à l’échelle industrielle réelle.
Ces deux modules sont conçus pour être solidarisés à la structure interne au moyen de boulons de type M2, garantissant à la fois un positionnement précis, une fixation mécanique fiable et une facilité de démontage compatible avec les opérations de maintenance et d’évolution du système.
Principe de fonctionnement des armoires de distribution électrique du diorama
Lorsque le sectionneur est basculé en position haute, la tension d’entrée est alors distribuée à l’ensemble des sorties de l’armoire. Les fusibles assurent une fonction de protection contre les surintensités susceptibles de survenir à la suite d’un dysfonctionnement de l’un des équipements du diorama. À l’inverse, lors du basculement du sectionneur en position basse, correspondant à l’ouverture des deux interrupteurs, l’ensemble des circuits de sortie est totalement isolé de la source d’alimentation électrique.
La tension d’entrée applicable à une armoire de distribution électrique peut correspondre à l’une des trois tensions continues utilisées par les équipements du diorama, à savoir 5 VDC, 6 VDC ou 12 VDC. Le courant maximal délivrable en sortie est déterminé conjointement par le calibre des fusibles installés et par la section du câblage interne de l’armoire. Dans sa première version, le dispositif est équipé de fusibles d’un calibre de 1 A par sortie, conduisant à un courant maximal total de 6 A en entrée.
Modélisation 3D de la structure mécanique des armoires électriques du diorama
Screenshot 1 : Structure interne – Aperçu 3D 3/4 face
Screenshot 2 : Structure interne – Aperçu 3D 3/4 arrière
Présentation générale
La réalisation du prototype du poste HT/BT a mis en évidence les limites du mode opératoire retenu pour la fabrication des armoires électriques. En particulier, l’absence de structure interne ne permet pas d’assurer une robustesse mécanique compatible à la fois avec les contraintes d’exploitation imposées par le diorama et avec des manipulations régulières.
La conception d’une nouvelle structure interne vise à remédier à ces insuffisances en permettant la fabrication d’armoires électriques présentant des caractéristiques mécaniques adaptées aux exigences du diorama. Cette structure est spécifiquement destinée à être réalisée par fabrication additive, au moyen de l’impression 3D, afin de garantir précision dimensionnelle, répétabilité et facilité d’évolution du design.
Description détaillée
Screenshot 1
La structure interne intègre des perforations destinées à l’assemblage par boulonnage des enveloppes internes et externes.
Les emplacements pour les 6 connecteurs de type Jack en sorties.
L’emplacement pour le presse-étoupe du câble d’entrée, issu du convertisseur de puissance.
Le design global de cette structure a été optimisé pour permettre une impression 3D sans recours à des supports pour les surplombs, afin de réduire la consommation de matière et de simplifier le processus de fabrication.
La structure interne est pourvue de perçages permettant le boulonnage des armoires sur le sol du local électrique, assurant ainsi leur stabilité lors de la manipulation des portes, des boutons-poussoirs ou des interrupteurs.
Screenshot 2
Renforts latéraux pour accroitre la rigidité de la structure
Chanfrein pour prendre en compte le pli des panneaux de l’enveloppe externe.
Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
Modélisation 3D du module sectionneur des armoires électriques du diorama
Screenshot 3 : Sectionneur – Aperçu 3/4 face
Screenshot 4 : Sectionneur – Aperçu 3/4 arrière
Présentation générale
Le sectionneur de l’armoire de distribution électrique permet d’isoler le réseau électrique desservi par l’armoire, de l’alimentation en énergie électrique.
Description détaillée
Screenshot 3
Guide de fixation des borniers de câblage
Bornier de câblage d’entrée réalisé à partir d’un domino électrique 230V 1,5mm2.
Structure de montage du sectionneur réalisée par impression 3D.
Deux interrupteurs à bascule comme sectionneur coupe circuit.
Bornier de câblage de sortie réalisé à partir d’un domino électrique 230V 1,5mm2.
Screenshot 4
Patte de fixation du module sectionneur sur la structure interne de l’armoire électrique.
Structure du module sectionneur réalisé par impression 3D.
Perforation pour faciliter le montage des borniers de câblage.
Modélisation 3D du porte fusible des armoires électriques du diorama
Screenshot 5 : Porte fusible – Aperçu 3/4 face
Screenshot 6 : Porte fusible – Aperçu 3/4 face
Présentation générale
Les fusibles protègent les circuits électriques contre les surintensités. Pour protéger les 6 circuits de sorties de l’armoire de distribution, 6 portes fusibles sont donc nécessaires. Cependant, pour des raisons d’encombrement de ces portes fusibles et pour s’assurer que le câblage associé soit simple, la solution retenue repose sur un porte fusible intégré de 6 fusibles plats.
Description détaillée
Screenshot 5
Borniers de câblage des bornes positives des circuits.
Fusibles plats.
Screenshot 6
Borniers de câblage des bornes négatives des circuits.
Modélisation 3D des composants de l’armoire électrique avec FreeCAD
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.
Un aperçu de quelques designs complémentaires conçus spécifiquement pour les besoins du projet BATLab112.
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.
Ces modèles, téléchargés depuis la plateforme GrabCAD, sont utilisés dans cette phase de conception détaillée, afin de valider les assemblages mécaniques entre ces différents sous-ensembles.
Voir aussi
Des articles sur l’avancement du réseau de distribution électrique du diorama
La version 5.0.2 de la suite KiCad est utilisée pour concevoir les schémas des cartes électroniques nécessaires au fonctionnement du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Je n’ai pas encore utilisé la totalité des applications de la suite. Les cartes électroniques du projet sont pour l’instant réalisées par soudure manuelle sur des PCB de prototypage.
Pourquoi choisir KiCad
Les critères généraux de sélection d’une application d’édition de schéma électronique sont les mêmes que ceux qui m’ont décidé à choisir FreeCAD comme application de CAO ; gratuit et performant pour satisfaire aux besoins du projet BATLab112, dans une approche professionnelle.
Cependant, dans le choix d’un logiciel d’édition de schéma électronique il y a un critère supplémentaire et important à prendre en compte : la bibliothèque des composants disponibles, ainsi que son évolution. La suite KiCad propose une bibliothèque très complète de composants qui convient parfaitement aux besoins du projet. De plus, KiCad est aussi très répandu dans la communauté des utilisateurs et développeurs sous Arduino, ce qui laisse envisager des évolutions conformes aux éventuels futurs besoins du projet.
Des outils interessants
Même si je n’utilise pour l’instant, que le logiciel d’édition de schémas, il est intéressant pour l’évolution du projet, de disposer d’outils d’édition de circuits imprimés déjà disponibles dans cette suite.
Un point négatif
La version 5.0.2 de la suite KiCad n’est pas exempte de défauts. Celui relevé le plus contraignant est à mon avis celui de la gestion des fichiers. Comme mentionné précédemment au moment de la rédaction de cet article, je n’utilise que le logiciel d’édition de schéma. Une première conséquence négative réside dans le fait que lorsque l’on enregistre un fichier de schéma, la suite KiCad produit automatiquement d’autres fichiers, notamment pour l’édition de circuits imprimés. Donc, même en n’utilisant que l’édition de schéma, on se retrouve avec une multitudes de fichiers supplémentaires inutiles. Une deuxième conséquence négative est que, pour garantir la cohérence entre les fichiers, il n’est pas possible de modifier le nom d’un seul de ces fichiers produits, ni même de le dupliquer par une fonction intégrée. Il existe tout de même une parade à cela, il suffit de modifier l’ensemble des fichiers faisant partie de la même édition.
Le diorama du projet BATLab112 est développé sur fond propre. En 2018, lorsque j’ai cherché un logiciel de conception et de modélisation 3D , il n’était pas envisageable d’investir sur des logiciels tels que SolidWorks ou AutoCAD. J’ai ainsi orienté mes recherches du côté des logiciels libres de droit en espérant trouver une solution fiable et performante. Un autre paramètre déterminant pour moi, utilisateur quotidien d’ordinateur Apple, ce logiciel devait fonctionner sous MacOS.
Une communauté active.
Mes premiers critères de sélection dans le choix d’un logiciel libre sont le dynamisme de sa communauté de développement ainsi que la pertinence technique des mises à jour. Concernant le dynamisme de la communauté FreeCAD le contenu du site web officiel : https://www.freecadweb.org est suffisant pour ce faire une idée ; les dernières informations sont récentes et le forum très réactif. Pour ce qui est de la pertinence des mises à jours; la page wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/FreeCAD#cite_note-0.19-73 listant et détaillant ces mises à jour est là aussi suffisante. Elles sont régulières et apportent de réelles plus-values.
Un premier contact satisfaisant.
Au début de l’année 2018, je télécharge la version 0.16 de FreeCAD. A l’aide de quelques tutoriels, je me familiarise vite avec son ergonomie, après avoir compris l’essentiel dans son processus de conception : objet, esquisse, … Le diorama du projet BATLab112 commence alors à prendre forme.
Des caractéristiques intéressantes.
Comme évoqué, je ne voulais pas me satisfaire d’un logiciel juste parce que ce dernier est gratuit. Mais, je ne voulais pas non plus me laisser séduire par un logiciel facile à prendre en main et dont je serai vite soumis à ses limites. FreeCAD est un logiciel de conception en 3D volumétrique paramétrique. Ce n’est certes pas le plus simple d’utilisation des logiciels de CAO 3D gratuits, cependant il est certainement parmi les plus performants de sa catégorie. Après quatre ans d’utilisation au service du projet BATLab112, je n’ai encore pas sentis de limites dans ses capacités techniques.
Quelques fonctionnalités intéressantes
Autres que les fonctions conventionnelles que l’on peut attendre d’un logiciel de conception 3D, voici une liste de quelques fonctionnalités que j’ai particulièrement appréciées à l’usage.
Le module de dessin industriel, autorisant des plans avec cotations
Le mode d’affichage « vue en perspective » pour un rendu plus réaliste
L’introduction de cette nouvelle séries d’articles dédiée à l’utilisation de FreeCAD dans le projet BATLab112 est l’occasion de revenir sur les débuts du projet.
Dès les premiers instants du projet BATLab112, la nécessité d’utiliser un logiciel de conception 3D s’est avéré indispensable. Je n’avais pas une idée précise de l’apparence final du diorama. J’en avais défini les grandes lignes ; réalisme dans la représentation et fonctionnement opérationnel des équipements industriels, approche pédagogique évolutive dans l’appréhension de ces équipements. Même si la définition générale du projet n’était pas encore aboutie j’avais besoin de rendre plus concrètes certaines idées.
Un double intérêt
L’autre objectif, consistait à remettre à jour mes compétences dans l’utilisation d’un logiciel de CAO 3D. Ma dernière expérience professionnelle dans le domaine remontait à quelques années déjà avec la version Lite du logiciel AutoCAD édité par AUTODESK.
Des avantages mesurables
Pour être honnête je dois quand même avouer que ma volonté d’utiliser un logiciel de CAO 3D à d’abord été dictée par mon objectif de compétence professionnelle. En effet, dans la phase d’incubation du projet, j’ai visionné beaucoup de vidéos de tutoriels ou de démonstration de fabrication à la main de systèmes électromécaniques. Les principes de montage reposent pour beaucoup sur le collage à chaud de pièces de cartons, de bois ou de métal. Ces vidéos me fascinent toujours par la sensation de facilité et de rapidité d’exécution qu’elles dégagent. Elles m’ont amenés à me tester sur leurs pratiques. Pour cela nul besoin de logiciel de conception ! Mais j’ai très vite compris les limites de telles pratiques. Le manque d’anticipation dans la conception entraîne immanquablement des erreurs qui oblige souvent à recommencer, entraînant une perte de temps et un gâchis de matière. De plus, modifier ou démonter ces réalisations étant impossibles ou du moins très fastidieux, cela amplifie encore la tendance au gaspillage. C’est à ce moment que j’ai compris quelles sont les réels avantages d’un logiciel comme FreeCAD pour le projet : une conception réfléchie, anticipant des erreurs de perception et évitant ainsi des impasses et économisant du temps, tout en élaborant des systèmes complexes sans consommer de matières.
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.
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.
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.
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.
La réalisation du diorama technique du projet BATLab112 requiert la mise en œuvre d’une infrastructure de commande fiable, didactique et cohérente avec les fonctions attendues du dispositif final. La console de commande, élément central de l’interface opérateur, constitue à ce titre un module critique. Elle assure l’articulation entre les commandes manuelles, les systèmes d’automatisation futurs et l’ensemble des actionneurs mécaniques, notamment le moteur de la plateforme rotative.
Après validation du concept mécanique de la console et de l’agencement des composants électroniques (écrans, boutons, commutateurs, microcontrôleurs), une première étape de prototypage électronique a été entreprise. L’objectif de cette phase est de vérifier la pertinence des choix techniques, d’évaluer l’ergonomie des modes de commande et de valider les comportements fonctionnels avant passage à une intégration définitive.
Le présent document propose une description détaillée de cette première version électronique, de son architecture générale aux essais menés sur maquette, en adoptant une démarche rigoureuse conforme aux standards de conception en électronique appliquée.
+ d’infos sur la conception préliminaire de la console de commande :
La structure électronique de la console de commande repose sur un schéma de principe élaboré à l’aide du logiciel libre KiCad, choisi pour sa flexibilité, sa richesse fonctionnelle et sa compatibilité avec les environnements de prototypage rapide.
L’architecture est organisée en deux sous-systèmes principaux :
Le module de gestion des commandes manuelles, intégrant les commandes de l’opérateur (boutons, commutateurs, voyants).
Le module d’interface de puissance, assurant la mise en forme et la distribution des signaux vers le moteur à courant continu responsable de la rotation de la plateforme.
Cette séparation fonctionnelle répond à un impératif de lisibilité du schéma mais également à une logique de modularité favorisant les évolutions ultérieures.
KiCad
Ce schéma électronique est réalisé avec la suite logicielle KiCad distribuée librement.
La partie supérieure du schéma se divisent en 5 parties dédiées à la gestion des commandes. La partie inférieure du schéma est dédiée à l’interface entre les commandes et l’alimentation du moteur de rotation de la plateforme.
Mise sous tension – arrêt général
La mise sous tension générale est réalisée au moyen d’un relais à auto-maintien, solution fréquemment adoptée dans les environnements industriels.
Le principe consiste à maintenir l’alimentation du circuit tant que le relais reste excité, l’opérateur pouvant interrompre cette excitation via un bouton poussoir d’arrêt. Cette architecture garantit la sécurité fonctionnelle du dispositif tout en simplifiant le comportement de remise en service.
Sélection du mode Auto / Manuel
Un commutateur à deux positions permet de choisir entre un mode automatique et un mode manuel. Ce choix conditionne la provenance des signaux de commande :
En mode manuel, les boutons opérateur commandent directement les relais gérant le sens de rotation.
En mode automatique, ces mêmes relais sont pilotés par l’unité d’automatisation (qui sera intégrée dans une phase ultérieure du projet).
BP_ON : Bouton poussoir de commande du relais K1
K1 : Relais dont un contact est utilisé pour assurer son auto-maintien. Le deuxième contact est utilisé pour mettre sous tension tout le reste du montage.
BP_OFF : Bouton poussoir de coupure de l’alimentation du relais K1.
Led_ON : Led dont l’allumage dépend du deuxième contact du relais K1.
SWITCH AUTO/MAN : Commutateur permettant d’alimenter soit les relais K2, K3 et la Led Led_AU, soit la Led Led_MA seule.
K2 : Relais dont un des contacts autorise la mise sous tension de la suite du montage.
K3 : Relais dont les contacts aiguilles vers l’interface de puissance du moteur, les commandes manuelles ou les commandes automatiques.
Led_AU : Led dont l’allumage est commandé par le commutateur SWITCH AUTO/MAN en position AUTO.
Led_MA : Led dont l’allumage est commandé par le commutateur SWITCH AUTO/MAN en position MAN.
Sélection du mode Switch / Pulse
La sélection entre le mode switch et le mode pulse est assurée par un commutateur à 2 positions.
SWITCH PULSE/SWITCH : Commutateur permettant d’alimenter soit K4 et Led_Pulse, soit K5 et Led_Switch.
K4 : Relais dont un contact va autoriser les commandes manuelles en mode pulse.
K5 : Relais dont un contact va autoriser les commandes manuelles en mode switch.
Led_Pulse : Led dont l’allumage est commandé par le commutateur en position Pulse.
Led_Switch : Led dont l’allumage est commandé par le commutateur en position Switch.
Switch & Pulse Commands
Les commandes manuelles en mode pulse sont assurées par des boutons poussoirs classiques. Il est nécessaire de maintenir l’appui sur le bouton poussoir maintenir la commande.
Les commandes manuelles en mode switch sont assurées par des boutons poussoirs à maintien de position. un premier appui bloque le bouton poussoir en position pour activer la commande. Un second appui, libère la position du bouton poussoir est arrête la commande.
PB1_PULSE: Bouton poussoir de commande de la rotation du moteur dans un sens.
PB2_PULSE : Bouton poussoir de commande de la rotation du moteur dans l’autre sens.
PB1_SWITCH : Bouton poussoir à maintien de position pour commander la rotation du moteur dans un sens.
PB1_SWITCH : Bouton poussoir à maintien de position pour commander la rotation du moteur dans l’autre sens.
Controller commands
Les contacts du relais K3 permettent d’aiguiller vers le moteur, soit les signaux des commandes manuelles soit ceux des commandes automatiques.
LED_R1 : Led dont l’allumage est commandé par une commande pulse ou switch pour un même sens de rotation du moteur.
LED_R2 : Led dont l’allumage est commandé par une commande pulse ou switch pour un même sens de rotation du moteur.
DC Motor controller
L’interface de puissance qui assure le pilotage du sens de rotation du moteur à partir des signaux de commandes numériques manuelles ou automatiques est une carte électronique basée sur un L298N.
Maquette
Afin de valider ces choix, une maquette physique du circuit a été réalisée. Le câblage sur plaque expérimentale (protoboard) a permis :
de vérifier la cohérence des connexions ;
de confirmer la compatibilité électrique entre les éléments ;
d’effectuer une série de tests fonctionnels (mise sous tension, bascules de modes, commandes moteurs).
Cette démarche de prototypage intermédiaire est conforme aux bonnes pratiques de l’ingénierie électronique, permettant de déceler d’éventuelles incohérences avant la production d’un circuit imprimé ou l’intégration dans l’environnement mécanique définitif.
Test de fonctionnement
Cartes électroniques
Conclusion
Cette première itération électronique de la console de commande du diorama BATLab112 constitue une étape structurante du projet. Elle permet de valider l’ensemble des fonctions de base : gestion de la mise sous tension, sélection des différents modes de commande, pilotage du moteur de la plateforme rotative et évaluation de l’ergonomie opérateur.
L’architecture modulaire mise en place offre une marge significative pour les développements ultérieurs, notamment :
l’intégration d’un système de contrôle automatisé basé sur Arduino ou équivalent,
la mise en place d’un affichage en temps réel via un écran TFT 2,8’’,
la migration vers un câblage définitif en adéquation avec les contraintes mécaniques du diorama.
En ce sens, ce prototype représente un jalon essentiel dans la transition entre la conception préliminaire et la validation fonctionnelle du dispositif final, illustrant une démarche académique structurée et reproductible.
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
BATLab112 