Le mouvement GEF 447B Refs: Mobile Robots Ch. 7 Bring exploded Motor samples to class!! DC, Servo, and stepper Solenoids SMA Demo

Aperçue Introduction Moteurs CC Solénoïde Alliage à mémoire de forme (fil musculaire) Muscle pneumatique Comment actionner

Introduction Par définition un robot a une certaine mobilité Actuateur => transforme énergie électrique (pile) en énergie mécanique (déplacement) Plusieurs actuateurs de nos jours: Moteurs Fil musculaire ("Muscle Wire") Muscle pneumatique

Types d’actuateurs Moteurs CC Solénoïde Avec brosses, sans brosses (brushed et brushless) Servomoteur Moteur pas-à-pas (stepper) Solénoïde Alliage à mémoire de forme (fil musculaire) Muscle pneumatique

Moteur CC Tous les moteurs CC fonctionnent grâce à la Force de Lorentz Un courant s’écoulant dans un champ magnétique crée une force La force de Lorentz est utilisé différemment selon le type de moteur sélectionné Règle de la MAIN GAUCHE de Fleming (pour les moteurs) http://www.physclips.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html Lorenz law: Current-carrying conductors in a magnetic field shall create a force perpendicular to both the direction of the current and the direction of the flux field, B. Direction of force is determined by left hand rule. Fingers curl from the direction of the current toward the direction of the flux. See diagram below Direction of the current: positive to negative Direction of the field: North to South http://www.diracdelta.co.uk

Moteur CC à brosse Utilise un commutateur mécanique pour inversé la le sens du courant Contact direct entre brosse/brosses et commutateur Avantage: Pas cher d’acquisition Inconvénients: Moyennement gros Cher d’entretien Changement de brosses fréquent Commutateur

Moteur CC sans brosse Utilise un commutateur électrique Nécessite une manière pour savoir l’orientation du rotor Capteur de l’effet Hall Encodeur de rotation A Hall effect sensor is a transducer that varies its output voltage in response to a magnetic field. Hall effect sensors are used for proximity switching, positioning, speed detection, and current sensing applications The Hall effect is the production of a voltage difference (the Hall voltage) across an electrical conductor, transverse to an electric current in the conductor and a magnetic field perpendicular to the current. It was discovered by Edwin Hall in 1879.[1] The Hall coefficient is defined as the ratio of the induced electric field to the product of the current density and the applied magnetic field. It is a characteristic of the material from which the conductor is made, since its value depends on the type, number, and properties of the charge carriers that constitute the current.

Moteur CC sans brosse Avantage: Inconvénients: Meilleur rendement et fiabilité Moins de bruis (audio et électrique) Plus longue durée de vie (pas d’érosion de brosses) Moins d’interférences électromagnétiques (EMI) Inconvénients: Plus cher d’acquisition Nécessite un contrôleur complexe

Types d’actuateurs Moteurs CC Solénoïde Avec brosses, sans brosses Servomoteur Moteur pas-à-pas (stepper) Solénoïde Alliage à mémoire de forme (fil musculaire) Muscle pneumatique

Servomoteur Utilisé pour direction précise/ contrôle de position Boucle rétroactive intégrée S’applique bien aux surfaces de contrôle Pas pour la propulsion Pas cher: $18 et plus Disponible dans un hobby shop Simple à utiliser

Servomoteur Contrôlé par un signal PWM (pulse width modulation)

Types d’actuateurs Moteurs CC Solénoïde Avec brosses, sans brosses Servomoteur Moteur pas-à-pas (stepper) Solénoïde Alliage à mémoire de forme (fil musculaire) Muscle pneumatique

Moteur pas à pas Positionnement exact Tourne 1.8 à 3.6 degrés par pas Sans rétroaction Tourne 1.8 à 3.6 degrés par pas Utilisé: scanner, imprimante, vieux disque dur… Control légèrement plus complexe Utilise continuellement du courant (mauvais pour robot)

Moteur pas à pas Rotor a des dents magnétiques permanent (p. ex. 25 dents) Stators ont des dents magnétique qui s’alignent avec les dents du rotor Rotor est contrôlé en modifiant le magnétisme des stators

Fonctionnement de base Plusieurs bobines stationaires à l’extérieur (stator) Aimant permanent à l’intérieur (rotor) www.doc.ic.ac.uk/~ih/doc/stepper/control2/sequence.html

Comment a-t-on des pas de 3.6o? Rotor a 25 dents/360o = 14.4o Chaque Stator a 4 dents 4 dents du rotor doit matcher 4 dents du stator ON 14.4o / 4 = 3.6o four-phase, unipolar, permanent magnet, 3.6° per step http://www.doc.ic.ac.uk/~ih/doc/stepper/kp4m4/index.html#100

Types d’actuateurs Moteurs CC Solénoïde Avec brosses, sans brosses Servomoteur Moteur pas-à-pas (stepper) Solénoïde Alliage à mémoire de forme (fil musculaire) Muscle pneumatique

Solénoïdes Simple bobine avec un noyau magnétique mobile Utilisé pour les leviers, verrouillage électrique de portes, etc Translation et NON une rotation (contrôle bang/bang) Types: pousse, tire ou les deux http://www.societyofrobots.com/

Types d’actuateurs Moteurs CC Solénoïde Avec brosses, sans brosses Servomoteur Moteur pas-à-pas (stepper) Solénoïde Alliage à mémoire de forme (fil musculaire) Muscle pneumatique

Fil musculaire – Alliage à mémoire de forme Technologie récente Comment ça fonctionne: Un courant électrique chauffe le fil Lorsque froid, le métal peut être déformé (long) La chaleur retourne le métal à sa forme original (court) Désaventage: Le refroidissement peut être lent http://www.youtube.com/watch?v=k20J4NDgAYk http://www.youtube.com/watch?v=k9f-W6Xi_Wo

Types d’actuateurs Moteurs CC Solénoïde Avec brosses, sans brosses Servomoteur Moteur pas-à-pas (stepper) Solénoïde Alliage à mémoire de forme (fil musculaire) Muscle pneumatique

Muscles pneumatiques Comment ça fonctionne: (comme un humain) Un gaz comprimé gonfle la membrane (rapetisser) Supression du gaz cause une contraction de la menbrane (allongement) Avantage: Ratio puissance/poind élevé Désavantage: Nécessite un gaz comprimé Besoin d’une pompe ou d’une bombone Poid 100g Génère un force de 3000N

Aperçue Introduction Moteurs CC Solénoïde Alliage à mémoire de forme (fil musculaire) Muscle pneumatique Comment actionner

Comment actionner? Moteurs CC et servomoteurs Signal PWM Moteur CC – Vitesse Servos – Position PWM pulse width modulation (modulation de largeur d’impulsion)

Comment actionner? Comment créer le signal PWM? Attente active (Busy waiting) Interrups (il en faut 2) Quelques (en fait, la plusieurs) microcontrôlleurs ont un module PWM

Module PWM Vous allez l’utiliser au prochain labo!

Sommaire Questions? Intro Moteurs DC Solenoïdes Alliage à mémoire de forme Mulcles pneumatiques Questions?