TP « MAXPID »
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1. AX p Puis l aide des caract ristiques de la vis d terminer la fonction de transfert MEC O p En p 2 Mod lisation de cette commande d axe sch ma bloc topo fonctionnel Le diagramme SADT met en vidence une structure boucl e L analyse de ce qui a t fait jusque l permet de justifier la pr sence d un asservissement pas forc ment lin aire sur l axe consid r On se propose maintenant de mettre en place un sch ma bloc topo fonctionnel de la commande d axe Un tel sch ma regroupe trois informations le mat riel la fonction assur e par celui ci et par la structure du sch ma mis en place la position de ce mat riel dans l asservissement tudi l aide du SADT donn en annexe et des tudes et essais pr c dents proposer un sch ma bloc topo fonctionnel gt de la commande d axe du bras Chaque bloc sera repr sent comme ci dessous entr e Nom du sortie mat riel Fonction r alis e Indiquer sur ce sch ma fonctionnel l arriv e nerg tique 12 V continu et la perturbation tude de la non lin arit en commande observ e sur tous les syst mes du laboratoire Un module de saturation 21 1 V a t plac entre le variateur et le moteur courant continu de fa on ne pas abimer le moteur valider cette phase de saturation sur les deux essais pr c dents Pour quelle position a t on une phase de saturation plus importante Etait ce pr visible2. Refaire deux essais pour des gains de 15 et de 25 dans la position induisant la plus grande p riode de saturation de la commande que remarque t on Que peut on conclure quant la mod lisation qui va maintenant tre mise en place 3 V rification du mod le La v rification du mod le consiste effectuer une simulation l aide du logiciel Did Acsyde puis effectuer des essais sur le syst me r el la comparaison des r sultats permettra de voir si la mod lisation effectu e au voisinage d un point de fonctionnement est correcte On remarque que pour des carts importants entre la valeur de la consigne et la position atteinte le ph nom ne de saturation de tension se produit la courbe de r ponse obtenue ne peut pas dans ce cas tre assimil e celle d un syst me du second ordre Pour contourner ce probl me et r aliser n anmoins une comparaison entre le syst me r el et le mod le on peut soit en simulation avec Did acsyde placer un bloc saturation gt soit demander au syst me r el d effectuer un chelon de faible amplitude tude des performances sur le syst me du laboratoire Pour r aliser cette tude le syst me MAXPID doit tre plac plat Faire un essai en chelon de la position 30 la position 60 avec la valeur de Kp de 255 et la valeur 0 pour Ki et Kd V rifier qu il y a bien un ph nom ne de saturation Noter les r sultats des valeurs de d passement ts5
3. p riode des oscillations ventuelles faire un tableau r capitulatif des r sultats obtenus Faire un essai en chelon un essai avec un chelon de 2 une valeur de Kp de 80 sur une dur e de 500 ms avec une p riode d acquisition de 5 ms V rifier qu il n y a pas de ph nom ne de saturation Noter les r sultats des valeurs de d passement ts5 p riode des oscillations ventuelles consigner ces valeurs dans le tableau r capitulatif pr c dent Lyc e Saint Louis 8 44 Bd St Michel PARIS VI TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI Etude des performances du mod le l aide d une simulation l aide du logiciel de simulation DID ACSYDE ouvrir le fichier lt max3 sch gt situ dans commun ressources Sil TP TP Maxpid Valider les diff rentes fonctions de transfert sauf celle du hacheur du sch ma bloc fourni en annexe avec celui de ce fichier DID ACSYDE en sachant que le temps d chantillonnage est de 1 5 ms R aliser deux analyses temporelles r ponse indicielle avec e L affichage de la courbe de variation de l angle th de d placement du bras e gain proportionnel Kp 255 chelon de 30 puis 80 chelon de 2 e La valeur 0 pour Ki et Kd e Prendre une valeur de saturation sat gt de 21 1 V les donn es introduire sont les coordonn es du point de cassure de la courbe de saturation Obs
4. de conception et de co t de production le constructeur a choisi d quiper le mouvement de l paule du coude et du poignet avec le m me syst me m canique cin matique dynamique et motorisation Apr s une tude en cin matique la pr cision angulaire de chaque axe doit tre de 0 3 maximum 2 Pr sentation de l objet technique r el en situation d usage Le syst me qui vous est propos l tude est extrait d un robot de cueillette de pommes d velopp par la soci t PELLENC S A producteur d quipements agricoles Ce syst me correspond au bras de cueillette au bout duquel est fix un pr henseur d pression ou un s cateur qui permettent la r colte des fruits dans l arbre p S r L A f 7 s 5 PL 2 A aF LI k i j sai AE vi di Taie hau Sch ma d architecture l NR Les trois fonctions importantes du robot sont e F1 le d placement du robot dans le verger e F2 la prise du fruit dans l arbre e F3 le rangement du fruit cueilli dans une caisse Ces trois fonctions peuvent tre ex cut es simultan ment ou successivement Le robot est entra n de mani re enti rement hydraulique il utilise en effet un moteur et sa transmission un syst me de direction automatique et des freins utilisant tous la puissance hydraulique Le robot se d place en ligne droite dans les all es et son guidage est assur par un gyrom tre qui informe en continu la partie comm
5. S Le robot saisit le fruit sans le prendre 80 des fruits 2 taler sur l arbre et le stocke dans s lectionn s par la le cageot reconnaissance 1 de pertes minimum ne pas l cher le fruit apr s la cueillette 4 niveaux de serrage 5 N maxi effort de saisie Conservation plus longue ne doit pas s parer la queue du 50 d erreurs pour certains Le robot doit respecter l arbre 3 fruit fruits FS Le robot doit passer dans la Autonomie totale Le d chargement des cageots 4 rang e d arbres Largeur de la rang e minimum pleins se fait en bout de rang e feuillage non compris 3 m 5 lors de ses d placements document 6 robot l vacue et document r approvisionne un cageot vide Lyc e Saint Louis 9 44 Bd St Michel PARIS VI Pr cision de positionnement de l effecteur de pr hension 2 cm o Ne prend que les fruits de niveau 9 erreurs de maturit s lectionn Comptage de fruits cueillis Remplir le cageot en pla ant au mieux les fruits ne doit pas couper l corce Pas arr tes tranchantes Doit tre limit en effort 10 daN en plus de sa charge Doit avoir la possibilit de vide s lectionner un autre passage 3 essais et abandon du fruit pour saisir le fruit s lectionn Pr cision 0 5 Les cageots sont quip s de cases de rangement TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI Remarque Pour des raisons
6. TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI TP MAXPID AXE ASSERVI I Objectifs du TP Documents disposition le dossier d tude disponible ci apr s comprend les activit s mener pendant la dur e de cette s ance de travaux pratiques le dossier ressource disponible sur le r seau comprend l ensemble des donn es disponibles sur les l ments moteurs capteurs etc de tout ou partie des cha nes fonctionnelles pr sentes sur ce syst me le dossier technique disponible sur le r seau comprend des donn es utiles pour les mesures via le logiciel et les interfaces lectroniques associ es au TP BN 1 Pr sentation de l activit Secteur d activit du mat riel tudi dans ce TP Robotique secteur industriel Support maquette MaxPID compos e d une commande angulaire d axe Th me analyse fonctionnelle mod lisation identification au point de fonctionnement analyses des performances R f rences au programme analyse fonctionnelle structure de la commande d axe mod lisation du comportement au voisinage d un point de fonctionnement lin arit et analyse des performances stabilit pr cision Lyc e Saint Louis 1 44 Bd St Michel PARIS VI TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI Le tripty
7. ande du syst me Le syst me comporte en plus des d tecteurs sonars ultrasons qui rep rent les pieds des arbres et informent la partie commande de la pr sence de ceux ci Un programme informatique sp cifique stock en m moire permet de d terminer le d but et la fin des all es Arriv devant un arbre le robot s arr te et cherche les fruits gr ce une cam ra dont les images sont analys es par la partie commande gr ce un logiciel associ la cam ra Lorsqu un fruit est d tect un programme sp cifique permettant de d terminer la maturit de ce fruit par analyse des donn es issues de la cam ra permet alors de le choisir ou non Un odom tre est associ ce choix pour viter la prise de fruits trop m rs Un autre programme utilisant lui aussi les donn es issues de la cam ra d termine alors la position du fruit dans l espace La cueillette est assur e en d pla ant le syst me de ramassage pr hension dans l espace gr ce un bras trois degr s de libert s dont est extrait le syst me tudi aujourd hui Un d tecteur contact puis un pr henseur aspiration permettent alors la d tection puis la saisie du fruit Lorsqu un fruit a t cueilli le bras trois degr s de libert revient son point de d part et d pose le fruit dans une goulotte d amen e appel e chemin antichoc Ce syst me permet de transf rer le fruit jusqu au voisinage de la caisse de rangement dans laqu
8. de couple pour les visualiser Extrait du Cahier des Charges Fonctionnel du bras MAXPID FS1 C11 amplitude 1 voir note 1 C12 m moriser la position angulaire atteinte En tout point aucune D placer charge i D passements transitoires 30 maximum C16 vitesse moteur 60 Nnominale Maximum voir note 2 Note 1 les deux trous oblongs situ s de chaque c t du capteur permet un positionnement centr du capteur dont l amplitude de mesure est l g rement sup rieure elle vaut 94 Note 2 c est un crit re thermique pour viter l chauffement du moteur Lyc e Saint Louis 2 44 Bd St Michel PARIS VI TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI ACTIVIT 2 Pr ciser les contraintes impos es par l environnement r el par rapport au laboratoire Conclure quant la coh rence et aux limites de la r duction r el gt instrument 4 Observation du mat riel instrument en fonctionnement On se propose de mod liser la commande d axe du bras Maxpid Le fonctionnement de la commande de cet axe peut tre analys par le sch ma SADT de niveau A0 de l annexe Le fonctionnement de la commande de cet axe peut tre analys par le sch ma FAST ci apr s FAST D placer Mesurer La Codeur incr mental compteur associ l axe position angulaire Acqu rir la COHSISNE Interface homme machine logic
9. elle il est plac gr ce un syst me de d pose mobile Lorsqu une caisse est pleine ce qui est rep r par un capteur et un logiciel associ un m canisme de manutention des caisses d pose la caisse pleine dans un endroit pr vu cet effet et positionne une nouvelle caisse vide bien s r Un compteur permet de d terminer en continu le nombre de caisses remplies Prendre connaissance du fichier r sum sur les outils de l analyse fonctionnelle et sur la structure des cha nes fonctionnelles e Fichier Outils de l analyse fonctionnelle pps disponible sur le r seau dans le dossier ressource RESSOURCES SINTravaux Pratiques Outils de l analyse fonctionnelle Lyc e Saint Louis 4 44 Bd St Michel PARIS VI TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI ACTIVIT 1 Visionner la vid o Pellenc wmv pour observer particuli rement le fonctionnement du robot MAGALI sur un poste en r seau il faut pour cela se connecter sur un ordinateur Dell et lire le fichier correspondant situ dans le dossier vid os TP du r pertoire Commun Ressources Sil II n est pas n cessaire de regarder la vid o enti rement il suffit de rep rer le moment int ressant pour l application qui nous int resse Analyse fonctionnelle externe e Pr ciser le besoin et la fonction assur e globalement par ce syst me diagramme des prestations aussi connu sous le
10. er de placer le saturateur pour cette analyse et d une analyse fr quentielle L analyse fr quentielle se fera en boucle ouverte Analyse transfert boucle point bo gt et non th comme propos en sortie puis tracer le diagramme de Black et ou les diagrammes de Bode du syst me en boucle ouverte On utilisera la marge de phase pour tudier la stabilit On appelle marge de phase gt la valeur Mo 180 w o w est la pulsation pour laquelle le gain vaut G w 1 soit en d cibels GdB w 0 G p est la fonction de transfert en boucle ouverte G w son gain et w sa phase Pour que le syst me en boucle ferm e soit stable il faut que Mo soit positive Par s curit le cahier de charges impose m me g n ralement qu elle soit sup rieure ou gale 45 5 tude des performances du syst me pour le r glage pr c dent A l aide d une analyse temporelle et d une analyse fr quentielle faites partir d essais sur le syst me valider les performances propos es par le cahier des charges Lyc e Saint Louis g 44 Bd St Michel PARIS VI
11. erver le ph nom ne de saturation s il existe Existe t il dans le deuxi me cas Si oui expliquer la raison et que faut il faire pour se placer dans des conditions similaires au deuxi me essai du syst me r el Noter les r sultats des valeurs de d passement t 4 p riode des oscillations ventuelles dans les deux cas faire un tableau r capitulatif des r sultats obtenus Comparaison syst me du laboratoire mod le Si Les relev s exp rimentaux correspondent ceux obtenus en simulation c est que le mod le choisi est correct Sinon il faut revenir sur les hypoth ses qui ont t faites pour tablir un nouveau mod le Comparer les r sultats obtenus en simulation avec ceux obtenus sur le syst me r el et conclure 4 Situation de fonctionnement la plus d favorable Pour r aliser le r glage de la correction laxe devra fonctionner dans la situation la plus d favorable d un point de vue stabilit Cet axe peut voluer dans un plan horizontal ou vertical avec ou sans masses La fonction de transfert du moteur dans le cas de la prise en compte de la perturbation s crit Pr ciser la situation de chargement la plus d favorable pour la stabilit du syst me On se placera pour toute la suite dans cette situation l aide du logiciel de simulation DID ACSYDE reprendre le fichier max31 sch Analyser les diff rentes performances pour ce r glage l aide d une analyse temporelle ne pas oubli
12. iel transfert et les reglages ere Carte de commande commande Distribuer l n Ez Variateur associe l energie Transformer f Moteur a courant continu l Anaroia Transmettre Syst me vis crouie r ducteur liaisons le mouvement ACTIVITE 3 Manipulation de mise en vidence du fonctionnement Mettre la cha ne fonctionnelle de positionnement angulaire est en position de d placement horizontal ce qui correspond placer le bo tier orange plat sur la table Fixer deux masses additionnelles en bout de bras Cliquez sur l ic ne MAXPID se trouvant dans le r pertoire de programmes de SII puis choisir le menu travailler avec MAXPID voir note Pour avoir une mesure correcte toujours respecter le protocole de mesure suivant 0 Dans le menu r ponse une sollicitation cliquer sur PID choisir un Gain Proportionnel Kp de 31 v rifier que les gain Int gral K et D riv Kp sont nuls Valider pour sauver les nouveaux Param tres 1 Choisir de visualiser les courbes de consigne commande et position et une dur e d acquisition de 600 ms 2 Placer le bras 6 10 en modifiant la position d sir e l aide du curseur plac en haut droite puis en cliquant sur chelon de position 1 Les diff rents essais par la suite sont parfaitement guid s mais en cas de probl me une aide pour la prise en main vous est propos e dans le menu documents MAXPID puis manuel d utilisati
13. ments mis en vidence par le document de pr sentation des cha nes fonctionnelles tous ces l ments peuvent ne pas exister sur ce syst me pour la cha ne fonctionnelle tudi e e Le document sur les cha nes d nergie d action et d information normalis permet de d composer de mani re compl te la structure l asservissement compl ter ce document Ill tude des performances du syst me 1 tude de la non lin arit du processus Sur le Maxpid deux non lin arit s peuvent tre tudi es Les non lin arit s g om trique et de la commande z L4 r 7 7 e b AX Etude de la non linearite geometrique a Syst me Bras vis crou articul Position angulaire 6 de Position angulaire 8 l axe du moteur en degr s du bras en degr s Une tude cin matique permet de trouver la loi du mouvement c est dire la relation entre l entr e d placement de l crou Ax et la sortie angle de position du bras 8 Le pas de la vis billes est p 4 mm tour Lyc e Saint Louis 7 44 Bd St Michel PARIS VI TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI La courbe donn e en annexe montre que cette loi n est pas lin aire en lin arisant cette courbe au voisinage des petits angles domaine de l tude men e d terminer la fonction de transfert du bloc repr sentant la cha ne cin matique du bras articul p
14. nom de b te corne Analyse fonctionnelle interne e Mettre en place le diagramme SADT de niveau A 0 de ce syst me on pr cisera particuli rement les contr les partie sup rieure du bloc e Pr ciser les types d nergies pr sentes dans ce syst me rep rer les connexions associ es 3 Pr sentation du mat riel instrument support de l tude Partie op rative cha ne d action L architecture de la partie op rative est celle d un robot plan comportant un syst me vis crou motoris et un m canisme plan transformation de mouvement rotation rotation Le moteur est articul sur une embase fixe et la vis en extr mit s articule sur le bras pivot via un crou Les articulations sont r alis es l aide de liaisons assimilables cin matiquement des pivots Le v rin est de type lectrique construit partir d une liaison h lico dale et motoris par un moto r ducteur courant continu de puissance maximale 40 W Partie commande L entr e des consignes de position du bras Maxpid s effectue partir d un ordinateur comportant un logiciel de simulation du pilotage interfac avec la commande du moteur La carte d interface analogique num rique entre l ordinateur et l lectronique de commande de la rotation du moteur permet en temps r el e de transmettre les consignes calcul es par l ordinateur vers laxe command e d acqu rir les diff rentes mesures de position de vitesse et
15. on du logiciel MAXPID Lyc e Saint Louis 6 44 Bd St Michel PARIS VI TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI 3 Proc der de la m me fa on pour placer le bras 6 25 avec un Echelon de Position L essai tant effectu les courbes sont affich es Les enregistrer dans votre r pertoire personnel Refaire la m me mesure avec la cha ne fonctionnelle de positionnement angulaire en position de d placement vertical ce qui correspond placer le bo tier orange perpendiculairement la table La consigne est elle atteinte dans les deux cas Estimer l cart valeur consigne valeur atteinte Quelle est la perturbation principale sur ce syst me Est elle constante quelle que soit la position angulaire du bras Proposer un mod le d volution de cette perturbation Dans quelle zone bras voisin de 0 ou bras voisin de 90 ou bras voisin d un angle pr ciser cette perturbation peut elle tre consid r e comme quasi constante et maximale Pour toute la suite on va consid rer qu on travaille boitier horizontal sur des volutions de petite amplitude depuis la position horizontale correspondant 6 90 Justifiez le chois de cette valeur de 6 90 pour la lin arit du processus 4 Synth se analyse fonctionnelle ACTIVIT 4 e Gr ce aux documents fournis SADT A0 par exemple identifier les diff rents l
16. que propos ci apr s montre les trois domaines d tude d un syst me L axe asservi MaxPID tudi correspond une commande d axe extraite de son environnement BIO TANINI ANIDIOY RSi m Valider OBJECTI F CLIENT Mod liser BIO NAN D18 DOMAINE DE LABORATOIRE LA SIMULATION Valider Mod liser 07 09 09 11 23 32 DID ACSYDE REPONSE TEMPORELLE Z RE 23 TEMPS Performances mesur es sur les mat riels Performances estim es par simulation ou instrument s du laboratoire par calcul Les objectifs des activit s propos es ci apr s sont e De valider le mod le propos e De valider les performances du mod le propos par rapport celles du syst me du laboratoire Lyc e Saint Louis 2 44 Bd St Michel PARIS VI TP S21 Centre d int r t N Pr voir et v rifier les performances des syst mes lin aires continus invariants PSI PSI II Pr sentation du syst me 1 vocation du probl me Analyse des milieux ext rieurs en mode de fonctionnement normal Rang e d arbres ROBO FS6 SL L Z KA de stockage Fonctions __ Crit res FS Le robot doit rep rer dans Reconnaissance du fruit par la 5 niveaux de couleurs 1 l arbre le fruit m r le plus couleur proche Prendre tous les fruits m rs dans son volume de d placement sans avancer rep rer aux moins 90 des fruits m rs dans son volume de d placement F
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