Projet Propulseur de Balle de Ping-pong

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Réalisé par Noé CARO, Chloé MICHENEAU, Antoine BEILLOUIN et Martin BLANC tutoré par Monsieur KACHIIT, notre projet s’est porté sur la confection d’un propulseur de balle de ping-pong capable de propulser la balle à différentes distances (1 m, 1,50 m et 2 m). Ce projet exclusivement mécanique et pivotable serait utile pour des joueurs qui voudraient s’entrainer à recevoir des balles à des zones précises.




Aperçu de l’utilisation du propulseur de balle de ping-pong.

OBJECTIFS ET CONTRAINTES

  • -La propulsion doit être purement mécanique.
  • -Le lanceur doit tenir dans un cube de 250 mm de côté.
  • -Le lanceur doit être muni d’un système de réglages afin d’atteindre les différentes cibles.
  • -Le projectile est une balle de ping-pong dont le diamètre est compris entre 38 mm et 40 mm.
  • -Le choix des matériaux est totalement libre.

RÉALISATION DU PROJET

Étape 1 : Analyse du sujet / Choix et conception 3D des pièces

Avec les contraintes imposées, nous sommes partis sur l’idée de confectionner le propulseur qui fonctionnerait avec un ressort dans un tube. Ce ressort serait comprimé à différents niveaux en fonction de la distance souhaitée. Il serait le lien entre la base du tube et le support de la balle. Le tube serait maintenu à l’aide d’une charnière fixée sur un socle. Ce socle pourrait tourner par rapport à un autre grand socle plus lourd.

Charnière

La charnière :

La charnière se présente sous la forme d’un assemblage de deux pièces conçue pour être solide afin de supporter le poids du tube. La charnière permettra une liaison pivot qui servira à ajuster l’angle de projection.

Le ressort serait compressé à l’aide d’un crochet inséré dans le support de la balle. Les différents crans se présenteront sous la forme d’une boîte de vitesses.

Le tube :

Les différents crans serviront à compresser plus ou moins le ressort afin de le projeter soit à 1 m, 1,50 m ou 2 m.

Système “boîte de vitesses”

Toutes les pièces sont confectionnées à l’aide de SOLIDWORKS, même si elles ne seront pas toutes usinées. Cela nous a permis de nous représenter la finalité de notre projet.

Conception de notre projet

Assemblage :

Voici l’idée de notre lanceur de balle de ping-pong, sans avoir décidé les matériaux.

Étape 2 : Choix des matériaux

Notre projet sera principalement construit en bois de hêtre, de plexiglas et de métal. Le bois qui est lourd est choisi pour les deux socles qui sont les pièces les plus lourdes. Le bois de hêtre est récupéré d’une chute (démarche écologique), c’est un bon rapport qualité-prix. On retrouvera ce matériau dans le support du ressort qui se retrouve à l’arrière du tube. Nous avons ensuite désiré choisir un tube en plexiglas transparent. Ce matériau en plus d’être un bon rapport-qualité facilement usinable permet aussi de voir le système de propulsion en entier. Les pièces métalliques sont nécessaires pour apporter une stabilité grâce à l’heure solidité (la charnière). Le support de balle sera lui aussi en acier car il nécessaire d’avoir un support lourd afin d’avoir un écart important entre chaque cran de la “boîte de vitesses”.

Cependant, nous effectuerons les tests avec d’autres matériaux pour le support de balle associés à différentes raideurs afin de prévoir de possibles forces de frottements qui n’auraient pas été prises assez en compte.

Étape 3 : Commande des pièces

Après les calculs théoriques, il nous faut maintenant trouver / confectionner les pièces pour que la pratique se rapproche au mieux de la théorie. Les pièces en bois seront usinées à Polytech dans un bloc de bois acheté chez Leroy Merlin tout comme les vis et les boulons. Le support de balle en acier, les ressorts ainsi que le tube en plexiglas viennent eux d’entreprises spécialisées.

Étape 4 : Usinage / Assemblage

Ayant les pièces à disposition, la prochaine étape est d’usiner les pièces. Les pièces en bois (les deux socles et un support de balle) sont découpées à l’aide d’une fraiseuse. Une découpe laser est plus adaptée pour le support de balle en plexiglas. Le tube en plexiglas est lui percé puis limé dans sa longueur. La charnière qui est la pièce la plus complexe est confectionnée avec une imprimante.

En assemblant les pièces usinées, nous sommes relativement satisfaits du résultat, la pratique ressemble plutôt bien à la conception 3D. Les déceptions sont juste l’opacité du tube et les imperfections dans les découpes de la fente du tube. Ces défauts s’appliquent sur le prototype mais seront corrigés pour les prochains tubes.

Premier prototype de notre propulseur de balle

Étape 5 : Tests et résultats

Premier test avec les matériaux et le ressort de notre choix initial :

  • Lancer à 1 m : D=0.65m
  • Lancer à 1,5 m : D=0.7m
  • Lancer à 2 m : D=1.02

Il est donc évident que des forces de frottements n’ont pas été prises en compte. Nous avons donc procédé autrement afin de respecter le cahier des charges. Nous avons choisi d’utiliser un marqueur sur un tube pour définir les taux de compression expérimentalement. En utilisant des taux de compression environ deux fois plus grands que d’après nos calculs, nous retrouvons bien les distances imposées.

Notre projet en action !

AVANTAGES DE NOTRE PROPULSEUR DE BALLE

Notre projet est idéal pour s’entraîner :

Il est parfait pour améliorer vos coups, que ce soit les coups droits ou les revers. La balle arrive à plusieurs distances que vous pouvez ajuster à votre guise.

La conception et la construction de notre projecteur de balle respecte la cause écologique :

Il est majoritairement constitué de matériaux recyclables (acier inoxydable, aluminium, bois…). Il est aussi réalisé principalement à Polytech Angers et a donc une faible empreinte carbone.

Le mode d’emploi est simple et instinctif :

Pas besoin d’avoir fait de grandes études pour comprendre son fonctionnement, il suffit de baisser un levier dans différents cran en fonction de la distance souhaitée et de faire pivoter le socle pour modifier la direction de la balle.

Notre projet est entièrement mécanique :

Il ne nécessite en aucun cas d’énergie électrique ou autre. Vous ne serez jamais embêter par une prise ou des problèmes de batterie.

CONCLUSION

Nous sommes fiers et satisfaits de notre travail en général. Nous avons tous aimé travailler en collaboration sur ce projet et nous mettre dans la peau d’un ingénieur. Nous sommes forcément déçus que nos calculs initiaux n’aient pas été concluants mais nous avons réussi à nous adapter et c’est le principal.

Polytech Angers – Projets PEIP2

2022-2023  
Angers, 49000

France

Réalisé par Antoine, Chloé, Martin et Noé

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PolytechAngers

Projet Baby Basket

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Nous sommes Théo Bazin, Matteo Poulard et Elsie Nelhomme, trois étudiants en deuxième année de PEIP2/A à Polytech Angers. Notre projet s’inspire des jeux d’arcade de lancer franc que l’on peut trouver un peu partout, qui consiste à transposer l’idée du baby-foot au basket-ball; avec de multiples fonctionnalités pouvant y être ajoutées. Nous l’avons choisi car il est intéressant de développer un projet qui pourra être utilisé par la suite, par exemple dans les salles de pause comme nous l’ont proposé quelques personnes travaillant à Polytech. 

1-Presentation du projet

L’objectif de ce jeu est ludique. Le projet est un jeu de basket qui se joue seul. Où le joueur peut régler l’inclinaison et la direction de son lancer. Pour cela il fallait passer par une phase de réflexion. La plus grosse question était, comment faire pour percuter la balle et l’éjecter ? Nous avons donc réfléchi à plusieurs possibilité, et nous en avons trouvé trois :

  • Effet balancier
  • Système à ressort
  • Électroaimant

Nous avons commencé par faire des croquis, puis nous sommes passés aux prototypes construits dans le FABLAB. Nous avons fini par acheter un lanceur de balle télécommandé pour enfant, car les prototypes que nous avions testé n’étaient pas assez précis et n’allaient pas répondre à nos attentes.

Prototype de lancer avec un effet balancier.
Prototype de lancer avec un système à ressort.

2-Programmation du lanceur

Il fallait que le joueur puisse contrôler son lancé. Nous sommes donc partis sur un contrôle à l’aide d’un joystick. Nous ne voulions pas d’un lancé télécommandé, pour avoir cette ressemblance avec une borne d’arcade. Il fallait donc court-circuiter le robot pour pouvoir programmer le moteur qui l’inclinait et passer sur une carte Arduino. C’est à ce moment que nous avons découvert la programmation Arduino. Sans connaissance de ce genre de programmation, nous avons passé du temps avec Monsieur Cottenceau pour apprivoiser le langage. Après avoir testé quelques petits programmes nous même, nous sommes parvenus à la comprendre. Deux contacts du joystick ont été reliés à deux entrées de la carte et à la masse, cette carte Arduino étant déjà connectée au moteur de notre lanceur. Après avoir tout soudé ensemble nous avons réussi à contrôler son inclinaison.

Programme Arduino pour l’inclinaison du lanceur.

L’étape suivante était l’orientation du lancé, nous avons fixé notre lanceur sur pivot, qui possédait encore ses roues, et voulions en faire fonctionner une seule pour pouvoir l’orienter avec le joystick mais malheureusement manque de temps nous n’avons pas pu finaliser cette étape. Nous voulions aussi que le joueur ait une idée de l’angle qu’il donne à son lancé, pour pouvoir rectifier le tire s’ il s’avère manqué. Pour cela nous avons utilisé un potentiomètre qui, calé avec le bâti, peut tourner en même temps que l’axe rotatif qui gère l’inclinaison de notre lanceur. Mais ici aussi, nous n’avons pas eu le temps de le rendre opérationnel.

3-Le bâti

Nous voulions donc un bâti faisant à peu près la taille des jeux d’arcades de lancer franc. Nous avons commencé par l’arceau en bois. Les mesures ont été prises en fonction du diamètre de notre balle, et proportionnelle aux dimensions des équipements de basket. Nous l’avons modélisé sur Solidworks, puis découpé.

 Nous sommes passés ensuite à la modélisation, toujours sur Solidworks, de la planche à laquelle allait être attaché notre arceau. Pour le design nous avons décidé de la faire en polystyrène transparent. Elle a ensuite été découpée et gravée du logo polytech avec la découpeuse laser. Nous nous étions rajouté une contrainte qui était de faire bouger le panier pendant le lancer. Il fallait donc fixer un rail sur notre planche et alors fixer notre arceau sur le rail.

Il peut se déplacer de gauche à droite à l’aide de poulies placées de chaque côté et d’un moteur pas à pas, ceci relié par une courroie étant accrochée à notre arceau. Nous avons donc réutilisé une carte Arduino en lui transférant ce programme : 

Programme Arduino pour le déplacement du panier.

Nous sommes passés ensuite au plus gros du bâti. Nous avons fixé une planche (60cm*75cm) sur 4 pieds pour avoir notre table. Puis la planche avec notre panier a été fixée perpendiculairement avec des équerres, puis nous avons renforcé ce montage des deux côtés de la planche pour un meilleur maintien. Ces renforts nous ont permis d’attacher un filet de chaque côté, évitant qu’après le lancé, la balle n’aille n’importe où. Nous aurions aimé avoir le temps de placer un capteur moustache à l’intérieur de notre arceau, et un afficheur sept segments pour afficher le score, en le codant en Arduino mais pour cette étape aussi nous ne l’avons pas eu.

4-Conclusion

Ce projet a été bénéfique pour nous, car nous avons pu toucher à plusieurs domaines. L’étude, le design, en passant par la construction et la programmation. Il nous a appris aussi qu’en théorie tout va bien, mais des problèmes peuvent apparaître et c’est là aussi le travail d’un ingénieur, de savoir y faire face et de trouver des solutions. On a aussi vu que beaucoup d’idées peuvent naître, mais il faut savoir lesquelles seront réalisables en prenant en compte le temps imparti. Nous avons été fiers de le présenter au Forum des projets. Nous remercions beaucoup Bertrand Cottenceau pour nous avoir accompagnés et guidés durant notre projet. Et merci à Boris d’ avoir été là pour nous aider au FABLAB.

Lien rapport de projet

https://blog.univ-angers.fr/istiaprojetsei2/files/2023/05/Rapport-Baby-Basket.pdf

Projet moteur Stirling

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Le moteur Stirling, quelles utilités ?

Le moteur Stirling permet d’obtenir de l’énergie mécanique à partir de la récupération de chaleur. De ce fait, il est très utile car il permet d’obtenir un travail à partir d’énergie abondante comme celle du soleil. Ce type de moteur est utilisé dans plein de domaines différents comme par exemple :

–     Le domaine militaire : le sous-marin suédois est équipé d’un moteur Stirling pour sa production en électricité.

–     Des applications solaires : un moteur Stirling est combiné à une parabole solaire réfléchissante pour produire de l’électricité.

–     Le domaine spatial : certains satellites de la NASA se procurent de l’énergie grâce à un moteur Stirling.

LE PROJET

L’objectif de notre projet est de concevoir et de réaliser une maquette fonctionnelle d’un moteur Stirling. Mais avant d’expliquer les moyens que nous avons mis en œuvre pour accomplir notre objectif, il faut comprendre comment fonctionne concrètement un moteur Stirling.

Le fonctionnement

La base d’un moteur Stirling est la thermodynamique : son fonctionnement est basé sur un échange d’air entre 2 parties, que nous nommerons A et B. Chacune de ses deux parties se doit d’être étanche. De plus, elles peuvent communiquer ensemble. Chaque partie contient un piston, relié grâce à une bielle à une roue. Les deux roues A et B sont reliées entre elles pour transmettre le même mouvement. Le piston A (appelé “déplaceur”) n’est pas étanche, contrairement au piston de la partie B.

Photo vue du dessus de notre modélisation

Tout d’abord, nous réchauffons le tube en verre de la partie A. Cela aura pour effet d’augmenter la pression dans le tube, et donc de repousser le déplaceur. En appliquant une rotation de la roue A, l’air chaud de cette partie sera comprimé, et donc envoyé dans la partie B. Ce changement de température va repousser le piston B, et grâce à son inertie, le piston va comprimer à nouveau cet air, qui retournera dans la partie A.

Ce transfert d’air entre les parties va créer une rotation au niveau des roues. Ce mouvement mécanique peut être récupéré et transformé par exemple en électricité par un alternateur.

Tant qu’il y a une différence de température conséquente entre la partie A (chaude) et la partie B (froide), le moteur Stirling fonctionnera sans intervention sur une quelconque roue (à part pour lancer le mouvement au départ).

Le grand avantage de ce moteur réside également dans le fait qu’il peut être réversible : à partir d’un mouvement mécanique, il peut nous permettre de produire de la chaleur.

Un défi

Nous avons également relevé le défi de faire un projet technique complexe, de part ses concepts thermodynamique et mécanique, avec quand c’est possible, des objets de récupérations, en ne s’autorisant que l’impression 3D et l’achat de matière première pour rester dans un budget restreint.

Un moteur Stirling étant effectivement un objet complexe, il a fallu commencer par une longue étape de réflexion concernant notre choix sur la modélisation à adopter mais également sur les matériaux à utiliser.

En effet, il existe plusieurs types de moteur Stirling, et certains sont plus faciles à concevoir mais beaucoup plus difficiles à réaliser. De plus, les matériaux sont non seulement soumis à une source de chaleur et à des forces de frottements continues mais ils devront également résister à toutes les méthodes d’usinage pour assembler les pièces entre elles. Tout cela, en utilisant au maximum des pièces de récupération.

Par exemple, nous avons dans un premier temps essayé de faire un moteur Stirling bêta, qui n’est pas sorti de l’étape de la modélisation car il était trop difficile à réaliser. Nous avons donc opté pour un moteur Stirling gamma. Pour les matériaux, nous avons choisi de l’aluminium pour les bielles, du bois pour les pistons, du verre pour le tube et du PLA pour les supports.

Après avoir fait ces choix et fait la modélisation CAO sur SolidWorks de chacune des parties du moteur, nous les avons assemblées et avons réfléchi aux méthodes d’usinage à utiliser pour les assembler réellement. A ce moment également, nous nous sommes rendu compte que certains matériaux n’étaient pas une option considérant notre expérience dans le domaine et les outils à notre disposition (comme par exemple l’acier ou le verre).

La construction

Nous avons donc commencé à créer notre deuxième modélisation. La première étape, la plus complexe, était sans aucun doute la création des pistons. En effet, il fallait pour cela couper des planches de bois de sapins, pour ensuite les passer à la fraiseuse pour faire la tête des pistons. 

Piston n’ayant pas résisté à l’usinage (trop petit)
Deuxième version des pistons

Par la suite, il a fallu pour faire les bielles couper un tube d’aluminium, aplanir une extrémité, percer des deux côtés et enfin assembler à l’aide d’un axe la partie aplanie du tube avec la tête du piston. La deuxième étape fut d’assembler chacune des parties, en attachant les supports de chaque tube à une planche de bois, fixer nos roues ensembles qui elles-mêmes sont liées aux pistons. Ces mêmes pistons doivent être en capacité de coulisser aux travers des tubes en verre et en PLA. C’est donc un mécanisme complexe qui demande beaucoup de précision. Ainsi commence la troisième étape de la construction : l’optimisation. En effet, avec toutes ses liaisons, de nombreux frottements sont apparus, empêchant la rotation de s’effectuer normalement. Nous sommes donc passé par une nouvelle étape de réflexion afin de trouver des éléments permettant de stabiliser les roues afin de réduire les déplacements inutiles. Une idée par exemple a été de rajouter des entretoises, ou encore de changer les attaches bielle-roue permettant une meilleure rotation et aussi d’empêcher les pistons de se désaxer.

Conclusion

Nous voyons plusieurs axes d’améliorations : ajout d’un circuit de refroidissement, de roulements à billes, de ressorts pour augmenter le travail du piston, ou encore diminuer la taille de l’échangeur d’air (la pièce qui relie la partie A et la partie B).

Malheureusement, malgré nos efforts, notre moteur Stirling n’est pas fonctionnel. Cependant, il est important de noter que la partie mécanique marche très bien, seule la partie thermodynamique pose problème. Il pourrait donc être intéressant de reprendre notre travail afin d’approfondir nos connaissances liées au moteur Stirling pour comprendre son aspect thermodynamique. Cela pourrait également être une bonne base si l’on veut essayer d’améliorer le travail du moteur, car nous pensons être proche d’un résultat positif.

Vidéo de la partie mécanique du moteur

Romain Bourlier, Kerwan Dupéron et Aymeric Cosson

Comment créer un magasin en réalité virtuelle ?

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—Le virtuel ne s’oppose pas au réel, mais seulement à l’actuel. Le virtuel possède une pleine réalité, en tant que virtuel– Gilles Deleuze (Philosophe 1925/95)

En quelques mots…

Bonjour à tous, nous sommes 4 étudiants de 2ème année à Polytech Angers, KERIVEL Léna, JAUNAULT Salomé, SOURISSEAU Chloé et BARRE Justin. Dans le cadre du dernier semestre de notre cycle préparatoire intégré aux écoles Polytech, nous devons nous impliquer dans un projet et l’élaborer entièrement, des recherches jusqu’à la rédaction de cet article. Nous avons choisi le projet “virtual shopping” qui consiste en la création d’un magasin en réalité virtuelle.   

Choix de ce projet

Nous avons tous les quatre choisi ce projet pour des raisons différentes. Justin connaissait très bien ce domaine, il avait déjà les bases dans l’utilisation du langage de programmation pour la réalité virtuelle. Il voudrait d’ailleurs intégrer la spécialité SAGI pour le cycle ingénieur. Quant à Léna, Salomé et Chloé, elles ne connaissaient pas du tout le domaine de la réalité virtuelle. Elles n’envisagent pas forcément de se spécialiser dans cette filière et ce projet de fin de deuxième année, c’était donc pour elles l’occasion de découvrir la réalité virtuelle et ses interfaces.

Pourquoi créer un magasin en réalité virtuelle ?

Créer un magasin en réalité virtuelle peut servir à expérimenter un nouveau type de magasin, de nouveaux agencements dans le magasin ou l’importation de nouveaux produits. Dans les démarches actuelles d’économie des ressources et de l’énergie, permettre aux constructeurs de pouvoir faire tester un nouveau commerce avant de le construire est un avantage non négligeable. En effet, dans le cas où les clients qui testent le magasin avec le casque de réalité virtuelle émettraient des avis négatifs sur celui-ci, l’implantation du magasin est fortement remise en question et le projet peut donc être revu afin de l’améliorer. 

Mais dans le cadre de notre projet, nous avons décidé de créer un magasin virtuel pour qu’il soit testé par des personnes porteuses de troubles autistiques. Les personnes atteintes d’autisme peuvent se déplacer et mettre des produits dans le caddie du magasin grâce au casque de réalité virtuelle et aux manettes. Nous avons décidé de nous focaliser sur les personnes atteintes d’autisme, car ce trouble, bien qu’il se manifeste très différemment d’une personne à l’autre, est très souvent handicapant dans la vie quotidienne et certains se retrouvent souvent très stressés quant à l’idée de devoir aller faire leurs courses. Actuellement, la prévalence de cette atteinte est d’environ 1 naissance sur 100 en France.

Ci-contre une infographie concernant les signes de l’autisme.

Les principaux symptômes conduisent à une altération des interactions sociales. Les porteurs de troubles autistiques se retrouvent donc bien souvent dans des situations stressantes, propices aux angoisses lorsqu’ils vont dans un magasin avec du monde, une ambiance lumineuse et sonore dont ils n’ont pas l’habitude, des codes sociaux à respecter… C’est une situation qui peut nous paraître banale, mais qui n’est pas facile à gérer pour eux. Pour remédier à cela, des solutions ont déjà été mises en place comme l’instauration dans de nombreux supermarchés d”heures silencieuses”, heures durant lesquelles la musique du magasin est fortement diminuée voire éteinte ainsi que la luminosité qui est rendue moins agressive.

Exemple d’affiche que l’on aperçoit de plus en plus à l’entrée des supermarchés.

Nous avons voulu aller plus loin en créant un magasin virtuel dans lequel les personnes atteintes d’autisme peuvent se plonger entièrement grâce au casque de réalité virtuelle. Cela peut permettre aux promoteurs commerciaux de réunir les meilleures conditions possibles pour que les clients se sentent à l’aise lorsqu’ils vont faire leurs courses. Il peut s’agir de fixer un nombre limité de clients dans le magasin par exemple, ou encore d’établir un agencement particulier au niveau des produits et des rayons. Et évidemment cela permet aux porteurs de troubles autistiques de s’habituer à l’environnement du magasin en utilisant le casque plusieurs fois par semaine pour qu’ils puissent dans la réalité, aller dans ce magasin sans trop d’appréhension. Car des études l’ont prouvé, ce qui entraîne des situations stressantes chez les personnes atteintes d’autisme, ce sont des situations inconnues, dans lesquelles les personnes n’ont pas de repères et n’y sont pas habituées. 

Mais concrètement, comment construire un magasin virtuel ?

Pour créer un magasin virtuel, on a pour notre part utilisé le logiciel Unity 3D qui permet de programmer un environnement de réalité virtuel avec le langage C# (C sharp). Puis le projet est ensuite adapté pour être exporté sur un casque de réalité virtuelle.

ETAPE 1 : Installation du logiciel Unity 3D

Nous avons installé le logiciel Unity 3D sur nos ordinateurs. 

Lorsqu’on l’ouvre, le logiciel Unity 3D, il se présente comme ceci : 

La “scène” qui est l’endroit où tous les objets que nous allons ajouter en réalité virtuelle est située en haut. A gauche, on retrouve un tableau de bord d’où nous pouvons gérer les scripts associés à chaque objet. 

Ces scripts, justement, sont le cœur du fonctionnement du logiciel Unity 3D. Ils sont écrits en C# (C sharp). Les programmations permettent de prévoir les mouvements des objets en fonction de la manière dont ils sont pris et leurs “réactions” lorsqu’on les lâche ou autres (rebondissement, …). Il est donc nécessaire de maîtriser ce langage qui se rapproche fortement du langage C et encore plus du langage C++. Cela nous amène à la deuxième étape de notre cheminement.

ETAPE 2 : Apprentissage du langage C#

Pour travailler le langage C#, nous avons suivi des tutos pour pouvoir coder en C#. Voici ci-dessous le lien YouTube des vidéos que nous avons visionnées : 

Unity C# Scripting Tutorial For Beginners-Learn C# For Unity Game Development – YouTube

Les vidéos sont très bien présentées et compréhensibles, à chaque fois sur un thème différent et d’une durée de 15 minutes.

ETAPE 3 : Maîtrise du logiciel

Nous sommes ensuite passés à la maîtrise du logiciel en s’entraînant avec les polycopiés de travaux dirigés fournis par notre enseignant Paul Richard. Tous les polycopiés mettent en avant des fonctionnalités essentielles de Unity 3D.

Voici un exemple de polycopié que nous avons suivi pour prendre en main le logiciel et utiliser toutes ses fonctionnalités.

ETAPE 4 : Réalisation du projet 

Pour cela, il nous faut l’environnement du projet, il s’agit du magasin en lui-même (les murs, les étales, les rayons, les caisses…).

L’environnement du magasin est un package payant, ici un ensemble de modèles 3D assemblés (pour les produits et les étales), fournis par Polytech.

Vision de l’environnement du magasin 

Dans le cadre de ce projet, les produits nous ont aussi été fournis.

Exemple de produits ajoutés dans les rayons

Il a fallu ensuite les ajouter au magasin précédemment importé.

Nous avons ensuite ajouté le caddie, qui suit les mouvements de l’utilisateur quand il tient en main les manettes de réalité virtuelle. 

Le caddie utilisé

Et enfin, nous avons ajouté les personnages. Nous nous sommes rendus sur le site en ligne Mixamo où il est possible de créer ses propres personnages et leur attribuer une animation pour qu’ils soient ensuite exportés et intégrés au projet 3D. 

Nous avons créé plusieurs personnages à intégrer au magasin. Des employés comme les poissonniers, mais aussi des clients qui déambulent dans les rayons avec tout type de trajectoire. 

Pour créer les personnages sur Mixamo, il faut d’abord choisir une apparence. Comme on peut le voir sur la photographie ci-dessous, il existe énormément d’apparences, différentes les unes des autres.

Voici un aperçu du site Mixamo 

Puis nous leur avons attribué une animation. Sur la capture d’écran ci-dessous, nous remarquons qu’il est possible, grâce à la barre de recherche en haut à gauche, de rechercher le type d’animation que l’on souhaite intégrer au personnage.

Il suffit ensuite de cliquer sur “Download” pour télécharger le personnage et l’ajouter au magasin virtuel. 

ETAPE 5 : Rectification et exportation du projet 

Une fois l’ajout des personnages fini, nous avons entamé la phase de test pour rectifier les bugs présents dans le projet de réalité virtuelle. 

Nous avons ensuite testé le magasin virtuel avec le casque et les manettes pour avoir un aperçu de ce que pourra voir l’utilisateur de notre projet. 

Pour cela, nous avons utilisé un package intégré dans le logiciel Unity 3D nommé XR Interaction Toolkit qui nous simplifie l’intégration de la réalité virtuelle dans notre projet avec des scripts et éléments pré-programmés, dont un système d’interactions entre les manettes et l’environnement.

Nous utilisons le casque Meta Quest 2 (anciennement Oculus Quest 2) prêté par Polytech comme casque de réalité virtuel pour notre projet.

Chloé a été notre premier cobaye pour tester le magasin virtuel avec le casque et les manettes !

Clap de fin…

Ce projet nous a permis de découvrir l’univers de la réalité virtuelle, et surtout de prendre conscience de l’importance de cette technologie dans de nombreux domaines (médecine, construction, formation professionnelle et ludique). Dans notre cas, il est un outil essentiel pour prévenir les comportements des personnes atteintes d’autisme et ainsi pouvoir revoir l’aménagement des magasins pour leur permettre de se sentir mieux lorsqu’ils font leurs courses. En effet, certains évitent même d’aller faire leurs courses pour ne pas se retrouver dans une situation stressante. Avec des simulations en réalité virtuelle, on peut donc modifier l’environnement, pour leur permettre de revenir dans les magasins, on peut jouer sur différents facteurs (la luminosité, le nombre de personnes, les produits dans le magasin). 

Ce travail a aussi été l’occasion d’expérimenter un travail d’équipe, avec ses facilités (entraide, mobilisation sur une longue période…) et ses difficultés (connaissances et intérêts différents, communication et harmonisation de nos emplois du temps…). Cette expérience sera sûrement très enrichissante pour nous tous pour la suite de notre cursus, elle nous prépare à notre futur métier d’ingénieur(e) : 

– projet

– travail d’équipe

– cahier des charges

Nous tenions aussi à remercier monsieur Paul RICHARD pour son accompagnement tout au long du projet, et les ressources mises à notre disposition. 

Projet de renforcement sismiques des murs en maçonnerie

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Introduction

Bonjour à tous ! Nous sommes un groupe de 4 étudiants composé de Tony Blin, Yann Guivarch, Albert Lienart et Dorian Leroux. Nous nous intéressons tous de près ou de loin à l’exploitation, à la maintenance et à la sécurité des bâtiments. Ce projet nous a tout de suite intéressés.

Intérêt du projet

Notre projet consiste à concevoir un mur en maçonnerie et à trouver une façon de le renforcer pour résister aux effets sismiques. Ce projet nous a donc permis d’acquérir des compétences dans le domaine du renforcement que nous n’aurions sûrement jamais découvert sans s’être intéressé à ce projet. Pour certains d’entre nous, il nous a ouvert les yeux sur notre avenir et nous a fait découvrir une passion pour les spécialités du bâtiment tel que “L’Exploitation, Maintenance et Sécurité des bâtiments” ou encore la spécialité “Bâtiments”.

Décomposition du projet

Notre projet est divisé en 4 étapes :

  • Recherche sur le sujet
  • Choix de la méthode de renforcement
  • Modélisation sur Revit
  • Notre maquette

Nos recherches

Nous avons divisé notre projet en différentes phases de recherche afin d’avancer chronologiquement.

Dans un premier temps, nous devions comprendre le comportement d’un mur en maçonnerie sous l’effet sismique. Nous nous sommes donc renseigné sur l’historique de la maçonnerie dans la construction ainsi que leurs domaines d’application.

De plus, nous nous sommes également documentés sur les séismes, l’identification des murs porteurs d’un bâtiment, ainsi que l’effet des séismes sur ceux-ci.

Dans un second temps, nous avons recensé les différentes méthodes de renforcement en relevant pour chacune leurs avantages, inconvénients ainsi que leurs coûts. C’est ainsi que nous avons choisi la méthode de renforcement par chaînage pour la suite de notre projet.

Modélisation sur Revit

  • Présentation du logiciel

Revit est un logiciel de conception de bâtiments qui permet de créer un modèle en 3D d’un bâtiment et de générer divers documents nécessaires à sa construction, tels que des plans et des perspectives. Il s’agit d’un logiciel de CAO destiné aux professionnels du secteur de la construction, c’est pourquoi nous avons utilisé ce logiciel pour la réalisation de notre maison.

Nous avons décidé de concevoir une maison de plain-pied assez simple afin de pouvoir effectuer des simulations sur le logiciel. L’objectif était d’appliquer différentes charges (charges permanentes, charges d’exploitation, charges sismiques) pour simuler au mieux les contraintes subies par une maison lors d’un séisme. 

Logiciel Revit

  • Calcul des charges sur Revit

Voici les 3 types de charges que nous avons introduites dans le logiciel Revit :

  1. Le premier type de charge est la charge permanente, qui correspond au poids propre des éléments de la structure tels que les murs, les planchers, les poutres, etc. Pour calculer cette charge une descente de charge est appliquée à chaque élément de la construction.
  2. Le deuxième type de charge est la charge d’exploitation, qui correspond aux forces exercées sur le bâtiment par les équipements, les occupants, les meubles, etc. Cette charge peut varier en fonction de l’utilisation du bâtiment et doit être prise en compte dans le calcul de la résistance de la structure.
  3. Cette charge peut varier en fonction de l’utilisation du bâtiment et doit être prise en compte dans le calcul de la résistance de la structure. Des indications pour calculer cette charge sont données dans l’Eurocode en prenant en compte une surface d’influence. Enfin, la charge sismique est la charge la plus critique pour la sécurité du bâtiment.

Notre maquette

  • Réalisation maquette

Pour réaliser notre maquette (voir photos), nous avons découpé environ 50 kaplas en 3 pour les utiliser comme briques. Pour modéliser les murs en maçonnerie, nous avons utilisé des briques en bois de dimensions 4 cm x 2,5 cm x 0,8 cm. Le mortier de maçonnerie a été représenté par de la colle chaude, ce qui nous a permis de fixer les briques ensemble pour construire les murs.

Dimensions de la maquette

Cette maquette a été fabriquée à partir de matériaux ayant une densité et une masse différentes de celles des matériaux réels. De plus, les vibrations ont été générées manuellement, ce qui les éloigne des vibrations réelles d’un séisme. Il est important de noter que cette maquette n’est pas une reproduction fidèle de la réalité, mais son objectif était de nous permettre de visualiser physiquement les aspects de notre projet.

  • Nos expériences

L’objectif était de tester la résistance de notre maquette aux tremblements. Pour ce faire, nous avons généré manuellement les tremblements en agitant progressivement la table sur laquelle elle était posée. Nous avons ainsi pu effectuer plusieurs essais en modifiant certains paramètres de construction de la maquette. Pour le premier essai, nous avons assemblé la maquette en fixant légèrement les briques les unes aux autres à l’aide de colle chaude.

Pour le premier essai, nous avons construit la maquette en collant légèrement les briques entre elles à l’aide de colle chaude. 

Pour le second essai, nous avons souhaité tester notre solution de renforcement sismique en modélisant le chaînage à l’aide de fil de fer. Nous avons donc fixé des morceaux de fer à la colle chaude, en les disposant verticalement et horizontalement le long des murs.

Avec cette seconde méthode de chaînage, nous pouvons clairement observer la différence sur notre maquette, où tout est en place. Ainsi, le risque d’effondrement est désormais nul ou minimal.

Problèmes rencontrés

Le projet de renforcement sismique des murs en maçonnerie a présenté plusieurs défis pour notre équipe de travail. Le premier défi consistait à choisir la meilleure méthode de renforcement pour le mur en maçonnerie, en tenant compte de différents facteurs tels que la géométrie du mur, les matériaux de construction et le budget disponible.

Le deuxième défi était de maîtriser le logiciel Revit, d’appliquer les charges sur le bâtiment, de trouver les formules appropriées adaptées à notre structure, et de comprendre les coefficients mentionnés dans l’Eurocode, qui contient de nombreuses réglementations essentielles.

Enfin, la communication et la collaboration entre les membres de notre équipe ont joué un rôle crucial dans le succès du projet. Nous avons veillé à ce que chacun comprenne clairement son rôle et ses responsabilités, et que les informations soient partagées de manière transparente et régulière.

Grâce à notre engagement, notre collaboration et notre persévérance, nous avons réussi à surmonter ces défis et à mener à bien le projet de renforcement sismique des murs en maçonnerie.

Conclusion

Notre étude sur le renforcement sismique des murs en maçonnerie nous a permis de comprendre l’importance de prendre en compte la résistance sismique des bâtiments existants, en particulier ceux construits avec des murs en maçonnerie. Nous avons examiné différentes techniques de renforcement sismique et avons finalement opté pour la méthode de chaînage afin de renforcer notre mur.

L’équipe renfo mur

La boite à histoire

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Notre projet s’intitule “boîte à histoires”. Une boîte à histoire est un objet destiné aux enfants qui raconte des histoires préenregistrées adaptées pour le développement de l’enfant. Il existe toutes sortes de boîtes à histoires sur le marché, l’objectif du projet est de concevoir de A à Z une boîte à histoire à prix équivalent de ce qui existe sur le marché.  En plus, nous devions trouver un moyen d’ajouter facilement des histoires avec un câble USB.

Durant les 100 heures de projets, nous avons découvert le monde de l’électronique, nous avons pu faire de la soudure, de la programmation, de la recherche d’information sur des composants, une prise en main de logiciels comme EAGLE, de la conception CAO…

Notre boîte à histoire
Boîte à histoire Lunii

Déroulement du projet

Le projet s’est déroulé en plusieurs étapes pour arriver à la construction finale de la boîte à histoire. La première est la recherche des composants dont nous avions besoin pour faire fonctionner la boîte et la découverte de l’Arduino.

1) Recherche des composants de la boite et la découverte de l’Arduino

Tout d’abord, comme nous partions de zéro, il fallait faire des recherches sur les composants qui nous seraient utiles pour la conception de la boite à histoire. Pour commencer, nous avons fait des recherches et testé des shields que nous avions déjà à l’école. Ensuite, nous avons commandé le matériel qui nous manquait pour construire la boite à histoire. Nous avons testé tout les shields séparément avant de les combiner ensemble.

C’était assez fastidieux car nous ne savions même pas si c’était possible de fabriquer une boîte à histoire avec Arduino.

Carte Arduino Uno

Au départ, nous avons essayé un écran de 128*128 pixel.  Il allait servir d’écran d’information pour la sélection des histoires. Nous avons réussi à créer une interface correcte pour l’Arduino. Nous lui avons aussi créé un logo pause pour qu’il change en fonction d’un bouton.

écran avec l’interface graphique
écran fixé à la boite
DFplayer

Ensuite, nous sommes passés sur la programmation du son. Nous avons testé au départ un shield  “Music Maker” qui contenait une carte SD. Le son marchait bien, cependant nous n’avons trouvé aucun moyen d’accéder à la carte par USB. Cela nous a obligé à changer des composants et d’utiliser un DFplayer, un module mp3 pour Arduino. Ce qui nous intéressait dans le DFplayer était sa connexion USB+ et USB-. Cela nous a permis d’accéder facilement à la carte SD sans l’enlever.

Après nous avons enchainé par à la programmation des boutons. Nous avions besoin de 5 boutons :  

Boutons types pour Arduino
  • un bouton avancer et un bouton reculer, ils servent à changer de musique. Le numéro de la musique sera modifié après l’appui sur un des 2 boutons.
  • un bouton pause, un appui met la musique en pause et l’écran change son affichage. Un second appui relance la musique et change l’interface de l’écran.
  • un bouton qui augmente le son et un qui le baisse, ces deux boutons sont tous les 2 responsables du volume. Nous aurions pu utiliser un seul bouton rotatif.

Une fois cette étape de test terminée, nous avons combiné tous les programmes ensemble pour en former un seul (dont on vous épargnera le contenu) . Nous avons utilisé un breadboard pour placer les boutons et le DFplayer. La connexion USB pour modifier les fichiers à l’intérieur de la carte SIM du DFplayer était faite grâce à une câble USB dénudé. C’est à ce moment-là que nous avons pu voir si le projet était faisable sur Arduino. Étonnement, la connexion par USB fonctionnait, et les boutons aussi.

Cable USB dénudé : câble vert= Data+ , câble blanc= Data –
Breadboard qui contenait le DFplayer

2) Impression du shield Arduino

La première étape était terminée, la seconde était de transformer l’amas de fils présent sur le breadboard en une carte électronique. Nous avons utilisé le logiciel EAGLE pour créer la carte sur mesure.  

Pour imprimer la carte, il faut tout d’abord importer les composants et faire leurs liaisons sur la partie “shematic” d’EAGLE. C’est assez long car il faut retrouver la référence de chaque composant que l’on veut ajouter

Schématique de la carte

Une fois la partie “shématic” faite, nous passons à la partie “ bord” du logiciel. Cette partie a pour objectif de reproduire les mêmes liaisons entre les composants que celles présente lors de l’impression. Nous ne pouvons pas croiser les fils de la carte contrairement à la partie “shématic”.

board désignée sur Arduino
board mini carte

Nous avons eu besoin de faire 2 prototypes pour que la carte marche entièrement. Avec cette carte, nous avons aussi imprimé une petite carte qui servira d’entrée USB. Le VCC, le GND, le USB+ et USB- seront récupérés par des borniers à vis au bout de la petite carte.

3) La batterie

La dernière étape pour avoir un objet fonctionnel était l’ajout de la batterie. La boîte à histoire doit être transportable, il nous faut donc une batterie rechargeable pour assurer son  fonctionnement. Nous avons utilisé un shield arduino batterie ainsi qu’une batterie de 3.7 volt et de 1.2 Ampères. La batterie est rechargée par un connecteur micro USB.

Shield batterie Arduino

3) CAO

Nous avons ensuite fabriqué un boîtier pour la boîte à histoire. Il nous restait peu de temps pour faire un design stylisé, nous avons donc fait un design très simple. Le boutons présent sur le shield imprimé sont superposés par des surboutons.

Socle
Socle
Coté sortie USB B et son
Coté sortie USB et son
Coté maintenant le port USB B
Coté maintenant le port USB B
Couverture
Couverture
Vue d’ensemble
Vue d’ensemble

Conclusion

Nous avons apprécié faire ce projet, c’était très enrichissant. Nous avons découvert l’univers de l’électronique à notre façon. Cette période de projet était très intéressante pour nous. Être en autonomie nous a appris à nous débrouiller et à apprendre à notre rythme. Nous avons pu progresser par nos propres expériences, ce qui est encore plus gratifiant. De plus, ce projet a joué un rôle important pour notre avenir. Nous voulons tous les 2 travailler dans un milieu proche de l’électronique ou de l’informatique. 

Nous sommes satisfait de notre travail, la boite est fonctionnelle. Il reste toujours beaucoup d’éléments à perfectionner. Avec plus de temps, nous aurions pu par exemple ajouter un mode veille ou créer un meilleur visuel. Pour plus d’information, lien vers le GitLab Angers.

Boîte à histoire
En partant de la droite, Adrien et Maxime

Merci d’avoir lu jusqu’au bout !

Adrien Morille et Maxime Lambert

Voiture à volant d’inertie

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Nous sommes trois étudiants en deuxième année de classe préparatoire à Polytech Angers, Thomas LE DORTZ, Noé MARGUERITTE et Fabrice FOUCAULT, et cette année, dans le cadre d’un projet de conception par groupe, nous avons réalisé une voiture à volant d’inertie. L’objectif était de concevoir une petite voiture fonctionnant grâce à un volant d’inertie. Pour cela, nous avons pu nous inspirer du groupe de l’année précédente ayant tenté de réaliser ce même projet. Monsieur VERRON, notre responsable, nous a orienté en nous indiquant une voie à suivre différente du groupe précédent, qui n’avait pas réussi à finaliser le projet.

Voilà une petite vidéo expliquant le principe de fonctionnement d’une voiture à volant d’inertie :

Ce projet était notre favori à tous les trois. En effet, l’idée de partir de zéro, de modéliser les pièces, calculer les différentes forces s’exerçant sur la voiture, puis de la concevoir et l’assembler nous attirait. Nous voulions travailler sur toutes les étapes du processus de conception d’un projet.

Nous avons donc organisé notre travail en plusieurs étapes :

– imaginer notre voiture ; il fallait trouver le bon positionnement des arbres et des engrenages, dimensionner le châssis, choisir les matériaux…

– calculs ; nous avons ensuite cherché un rapport suffisant pour faire rouler notre voiture, calculé les forces s’exerçant sur la voiture…

– CAO ; la prochaine étape a été de modéliser toutes les pièces ainsi que le châssis, puis d’assembler les différents arbres, et enfin d’assembler la voiture.

– fabrication et assemblage ; enfin, nous avons pu fabriquer les pièces manquantes, rassembler le matériel, et assembler.

La voiture du groupe précédent nous a permis d’établir une liste de sujets à travailler et à perfectionner, et de méthodes à ne pas reproduire. Nous nous sommes servis de leur expérience. Elle n’avait pas fonctionné pour plusieurs raisons : d’abord, l’utilisation d’engrenages coniques entraînait de mauvaises liaisons entre les paliers, ensuite, leur volant était trop léger, et enfin, le rapport entre les roues et les pignons était trop petit.

Plusieurs problèmes principaux se sont donc imposés à nous :

Le premier défi a été au niveau de l’agencement. Pour trois principales raisons : nous voulions que le châssis ne dépasse pas une certaine taille – la taille des roues était imposée car nous reprenions celles de la voiture précédente – et il nous fallait le rapport le plus grand possible, ce qui impliquait l’utilisation d’engrenages d’une taille importante.

Le second a été de trouver des engrenages. Il nous fallait des engrenages sur mesure, car nous voulions choisir le module, le nombre de dents, l’épaisseur… Nous sommes rapidement arrivés à la conclusion qu’il nous faudrait les fabriquer nous-même.

Et enfin, trouver un moyen de faire tourner notre volant suffisamment vite pour faire avancer la voiture. Nous avons choisi d’utiliser une perceuse, bien plus efficace que de donner de la vitesse au volant à la main.

Dans une optique d’amélioration constante, et parce que le temps ne manquait pas, nous avons travaillé sur plusieurs versions de voiture, que nous allons détailler ici.

Première version

La première version n’a pas fonctionné. En effet, elle n’avançait que d’un ou deux mètres.

Cette version a été un test pour nous. Elle a permis d’identifier tous les problèmes à résoudre pour les versions suivantes.

Nous avions gardé le volant de la voiture précédente, fabriqué en bois et rempli par des masses en acier, et nous avons pu confirmer qu’il était trop léger pour une voiture de cette taille. Les engrenages sont en acrylique de 10 mm d’épaisseur, et de module 1. Nous avons choisi d’utiliser une courroie pour faciliter l’agencement de la voiture, et de fabriquer le châssis en contreplaqué de 5 mm d’épaisseur.

Voici le schéma cinématique de cette première voiture :

Première version en cours de test

Deuxième version

Cette deuxième version parcourait environ 9 mètres.

Le système de transmission est resté le même. En revanche, le volant a changé. Nous avions calculé qu’il nous faudrait au moins doubler son poids – passer de 300 à 600 grammes – pour que notre voiture parcoure une distance acceptable. Le nouveau volant d’inertie gardait la même taille, mais était plus épais, afin de placer deux fois plus de masses à l’intérieur. Pour le fabriquer, nous avons utilisé la CHARLY Robot, une fraiseuse, puis nous avons découpé de nouvelles masses.

Volant d’inertie en bois
CHARLY Robot – fabrication d’un volant d’inertie

Troisième version

La troisième version parcourait environ 12 mètres.

Cette fois-ci, nous avons grandement modifié les modèles précédents. D’abord, nous avons ajouté un arbre – constitué de deux nouveaux engrenages – au système de transmission, augmentant ainsi grandement le rapport. Également, nous avons choisi d’utiliser de l’acrylique pour le volant d’inertie et le châssis, pour augmenter la solidité de ces deux composants, et toujours dans l’optique de faire du sur-mesure pour limiter les erreurs et les approximations.

Voici le résultat final :

Version numéro 3
Découpeuse laser
Engrenage et morceau de volant d’inertie en acrylique

Après avoir fabriqué ce modèle, nous avons donc voulu le tester en mesurant le nombre de tours du volant d’inertie, grâce à un dynamomètre.

Dynamomètre

Mais ce modèle a dépassé nos espérances, en explosant dans nos mains lors des mesures ! En effet, nous avons constaté par la suite que les équerres, fabriquées par impression 3D et permettant de surélever l’arbre du volant, avaient été arrachées par la force cinétique créée par le volant d’inertie. Nous avons mesuré 10 000 tours par minute, ce qui est énorme !

Troisième version, cassée après notre premier essai

Par la suite, nous avons reconstruit cette version à l’identique, mais avec cette fois des équerres plus solides. Ainsi, nous sommes parvenus à parcourir quasiment 12 mètres.

Ce projet fût une belle expérience pour nous trois. La construction de notre voiture à volant d’inertie a été pour nous la concrétisation de ces deux années de classe préparatoire. Ce fût l’opportunité parfaite de mettre en pratique les connaissances théoriques que nous avions acquises en matière de systèmes mécaniques, de modélisation 3D, ou encore de calculs physiques. Une belle expérience humaine également, d’abord au sein même de notre petite équipe, ainsi qu’avec les autres équipes et notre professeur responsable. Nous remercions Monsieur VERRON et Monsieur RAYER pour leur aide.

Comment optimiser un cube LED RGB ?

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Salut à tous,

Dans cet article, nous allons explorer comment améliorer les performances des deux cubes LEDs qui ont été conçus l’année dernière par deux groupes d’étudiants. Nous examinerons d’abord les choix techniques effectués par nos prédécesseurs, avant de nous concentrer sur les améliorations que nous souhaitons apporter.

Les deux cubes leds tels que nous les avons récupérés

Les groupes précédents ont présenté leur approche pour concevoir leur cube lumineux sur un blog accessible via le lien suivant : https://blog.univ-angers.fr/istiaprojetsei2/2022/06/08/tuto-comment-faire-un-cube-de-led-rgb/

La gestion des couleurs et des rangées est un élément clé de leur méthode, où chaque rangée de LED est contrôlée par une carte électronique contenant trois registres à décalage et un transistor.

Carte électronique explication

Un autre aspect important de leurs cubes est le boîtier : d’un côté, le cube a un aspect fini avec un agencement de LED relativement propre, mais le boîtier est composé de deux matériaux (bois et plastique), probablement en raison de problèmes d’espace initiaux. De l’autre côté, le cube LED a un agencement de LED un peu moins soigné et un boîtier plus encombrant que nécessaire.

Nous visons donc à optimiser la conception de deux boîtiers pour que les deux cubes aient un aspect esthétique similaire. La forme non cubique de la matrice de LED de l’un des cubes nous contraint, ce qui signifie que les deux boîtiers auront des tailles différentes. Nous avons réalisé un premier prototype de boîtier en utilisant la découpeuse laser du fablab. Nous avons utilisé un générateur de boîtes en ligne (https://www.festi.info/boxes.py/?language=fr) afin de tracer les découpes nécessaires. L’avantage de l’utilisation d’une découpeuse laser pour fabriquer un boîtier est que chaque côté peut être coupé avec des bords en forme de créneau pour faciliter l’emboîtement final à la colle. De plus, la découpeuse laser permet de faire des gravures ayant un aspect plus fini.

Photo de la découpe laser
Photo du premier boitier à l’imprimante laser

Nous avons fait le choix de laisser un côté en Plexiglas et les trois autres en bois afin de pouvoir visualiser ce qu’il y a au sein de la boîte sans avoir à l’ouvrir.

Notre prochaine étape consiste à créer deux nouvelles cartes électroniques basées sur les cinq que nous avons déjà réalisées. Cette fois, nous cherchons à concevoir une carte de taille raisonnable, qui sera associée à un ESP32 plutôt qu’à une carte Arduino.

L’ESP32 est un microcontrôleur programmable qui offre plusieurs avantages par rapport aux cartes Arduino :

  • Connectivité sans fil intégrée : cela permet de créer facilement des projets connectés à Internet ou à des périphériques sans fil.
  • Performances élevées : l’ESP32 est plus rapide en termes de vitesse de traitement et de mémoire, ce qui le rend adapté pour des projets nécessitant une puissance de calcul importante.
  • Fonctionnalités intégrées : en plus de la connectivité sans fil, l’ESP32 dispose d’un DSP intégré, ce qui le rend adapté pour des projets de traitement du signal et de l’audio.
  • Flexibilité : l’ESP32 est compatible avec l’environnement de développement intégré Arduino (IDE) et le langage de programmation Python, ce qui offre une certaine flexibilité dans le choix de l’outil de développement.
  • Coût abordable : l’ESP32 est souvent moins cher que les microcontrôleurs équivalents avec les mêmes fonctionnalités, ce qui le rend attractif pour les projets à budget limité.

En somme, la différence principale entre l’ESP32 et les cartes Arduino réside dans leur architecture matérielle et leur connectivité, celui-ci sera plus profitable à notre projet car il permettra de nombreuses possibilités d’améliorations : telles que le fait de pouvoir piloter le cube à l’aide de notre smartphone. Nous ne nous attarderons pas sur cette possibilité mais libre aux prochains étudiants de relever le défi.

Nous sommes maintenant confrontés à la question de la fabrication de la carte électronique avec l’implémentation de différents composants. Nous avons donc entamé une phase de réflexion approfondie pour déterminer les composants à utiliser, les fournisseurs auprès desquels se procurer ces composants, et les footprints nécessaires pour les intégrer dans le logiciel “Eagle”. C’est un logiciel de conception assistée par ordinateur complet qui offre une variété de fonctionnalités, notamment un éditeur de schémas, un logiciel de routage de circuit imprimé avec une fonction d’autoroutage, et un éditeur de bibliothèques de composants de base pour faciliter le processus de conception. Pour la conception de la carte électronique, il est donc nécessaire d’avoir une machine de fabrication de cartes, le schéma des composants, les footprints de chaque composant et beaucoup de patience.

Après avoir fini le routage de la carte sur ordinateur nous avons lancé l’impression de la carte grâce à une machine détenue à Polytech Angers. Pour donner une v1 de la carte comme ci-dessous :

dessous de la carte au niveau du routage
dessus de la carte au niveau du routage
Vidéo de l’impression de la carte
Carte v1 sans composant

Après l’impression de la carte, nous avons dû souder chaque composant sur celle-ci, ainsi que souder un morceau de résistance dans l’emplacement de chaque via. Un via est un trou métallisé qui permet d’établir une connexion électrique entre deux ou plusieurs couches de la carte. Malheureusement, la machine de Polytech que nous utilisons n’est pas équipée pour réaliser des via de la manière décrite précédemment. Néanmoins, pour contourner ce problème, nous avons décidé de souder un morceau de résistance dans les emplacements de via dédiés.

Gaston en pleine soudure
Gaston également en pleine soudure

Nous avons ensuite dessoudé la matrice de led des précédentes cartes d’un des cubes pour pouvoir l’incorporer au nouveau boîtier que nous avons fabriqué.

Matrice de leds dessoudées

Après réflexion, nous avons décidé de refaire le boîtier car la technique utilisée pour fixer la face supérieure n’était pas très esthétique. Nous avions fixé la plaque supérieure avec deux vis sur deux tasseaux de bois collés de chaque côté, ce qui n’était pas la solution la plus optimale. Nous avons donc opté pour une méthode de fixation identique pour toutes les faces en collant les faces inférieures et en plaçant la face supérieure de manière à pouvoir ouvrir le boîtier à tout moment.

Nouveau et ancien boîtier

Pour finir nous avons du assembler toutes les pièces qui composeront notre cube LEDs, ces pièces se composent d’une alimentation 5V, d’un connecteur prise couplé avec un switch on/off, d’un bouton poussoir, de la carte électronique ainsi que les 5 matrices de LEDs.
La phase la plus délicate aura été la soudure des nappes de câbles avec les LEDs.
En effet, cette phase est délicate car elle demande de connecter chaque câble au bon endroit et de faire une soudure propre.

Par manque de temps nous avons du nous contenter d’un seul cube, ce fut légèrement frustrant mais néanmoins celui que nous avons produit est parfaitement fonctionnel et correctement fini.

Merci d’avoir lu notre article, nous espérons que vous aurez appris pleins de choses.
On tient à remercier les précédents groupes ayant travaillés sur les cubes LEDs, ils nous auront permis de partir sur une base solide pour pouvoir finalisé les attendus : Sans eux, le cube n’aurait pas eut un tel rendu.
De plus, nous souhaitons remercier les différents professeurs nous ayant aidés à mener à bien notre projet : Notamment, Monsieur Mercier pour son implication globale et son aide précieuse dans la conception de la carte ainsi que dans les différentes soudures.

Projet PEIP 2A – Robot 5R

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La PlotClock

Bonjour à tous !

L’objectif de ce projet est de réaliser une Plotclock où le robot a pour tâche d’écrire l’heure en temps réel. Ce robot fonctionne avec deux bras, composés tous les deux de deux avant-bras, reliés entre eux au niveau de la tête d’écriture. Les deux bras sont dirigés de manière à dessiner l’heure sur l’écran à l’aide de servomoteurs.

Notre robot est équipé, en tête d’écriture, d’une LED UV pour écrire l’heure sur l’écran phosphorescent. Après que le robot est affiché l’heure grâce à la LED UV, elle s’efface toute seule, avec le temps.

Voici quelques étapes de la conception de notre robot en passant par la CAO, la programmation, l’électronique et bien sûr quelques problèmes rencontrés.

Notre projet a débuté par une phase de recherche

Avant de nous lancer dans la conception de notre robot, nous avons cherché à comprendre comment un robot 5R fonctionne. Pour cela, nous avons fait de nombreuses recherches sur la cinématique inverse, les angles que les servomoteurs doivent réaliser afin que la tête d’impression aille aux coordonnées cartésiennes que nous souhaitons. Pour cela nous avons fait des simulations avec les servomoteurs sur TinkerCAD pour comprendre comment manipuler les servomoteurs et comment fixer les angles afin de pouvoir maîtriser les mouvements des bras.

Simulation des servomoteurs avec potentiomètres à l’aide du logiciel TinkerCAD

Après ces essais et de nombreux schémas, nous sommes parvenus à établir trois fonctions qui seront utiles pour déplacer les bras aux coordonnées souhaitées : 

//consine formula function
double cosineRule(double a, double b, double c) {
    return acos((sq(a)+sq(c)-sq(b))/(2*a*c));
}

//distance computation macro 
#define dist(x,y) sqrt(sq(x)+sq(y))

//atan2 formula macro 
#define angle(x,y) atan2(y,x)

Conception de notre robot sur SolidWorks

La deuxième étape est de concevoir notre robot sur Solidworks. Nous avons modélisé les bras, les avant-bras, le socle et son couvercle. Le socle, le robot en lui-même, contient les servomoteurs ainsi que le ruban phosphorescent qui a été placé dessus. Lors de la modélisation des bras, nous avons fait face à un problème majeur. En effet, lors de la première impression, les bras et les avant-bras étaient de la même taille, en plus d’être trop long. En faisant des essais avec les servomoteurs, nous nous sommes rendus compte qu’à cause de leur taille, les bras allaient trop facilement dans leur position limite. C’est-à-dire comme le montre l’image suivante :

Voici quelques vues de nos bras, de notre socle et enfin de l’assembage de notre robot avant l’impression, après avoir rectifier le problème rencontré :

Modélisation du bras 1
Modélisation du bras 2

Ce bras ci-dessus (bras 2) est un peu plus épais que les autres afin qu’on puisse garder la tête d’écriture parfaitement parallèle par rapport à l’écran de ruban.

Modélisation du bras 4 (avec la tête d’écriture)
Vidéo de l’impression 3D des bras du robot
Modélisation du socle
Vidéo de l’impression 3D du socle de notre robot

Après avoir modélisé chaque pièce une par une, nous les avons assemblées afin de mieux visualiser notre robot final.

Modélisation de l’assemblage complet
Assemblage & programmation de notre robot

Ensuite, une fois l’impression terminée, les bras réimprimés plus petits, nous avons assemblé chaque composant entre eux, collé le ruban adhésif phosphorescent sur le robot, fixé les bras sur les servomoteurs. Après avoir reçu tous nos composants dont le module horloge afin d’écrire l’heure correctement, nous avons soudés et connectés les câbles sur la carte Arduino.

Voici une image de notre robot avec tous les câbles assemblés. Sur l’image de droite, vous pouvez voir un schéma de l’assemblage sur TinkerCad afin de mieux visualiser les branchements de chaque composant.

À partir de ce moment-là, nous devions essayer le programme que nous avions développé en même temps que la modélisation et l’impression. Lors du lancement de notre programme, le robot affichait l’heure mais à l’envers c’est-à-dire en mode miroir (comme vous pouvez le voir sur la vidéo ci-contre). Nous avions donc un problème avec notre repère des coordonnées. En effet, en faisant de multiples tests, nous avons compris que le sens de l’axe des x était inversé.

Après avoir identifié le problème, nous devions le corriger dans notre programme, inverser le sens des chiffres, mais aussi inverser le sens de l’écriture. Nous avons donc modifié les coordonnées de chaque chiffre et nous avons repensé leur position sur l’écran d’écriture. Dû au fait d’une calibration non parfaite, des petits réglages ont été effectués pour que les chiffres soient droits. Prenons l’exemple du chiffre 2 :

Avant l’ajustement : 

 case 2: 
            digitStart(0,3/4);
            digitArc(1/2,3/4, 1/2,1/4, 1/2, -1/8);
            digitArc(1,0, 1,1/2, 3/8, 1/2);
            digitMove(1,0);
            break;

Après l’ajustement

case 2: 
            digitStart(1,3/4);
            digitArc(1/2,3/4, -1/2,1/4, 1/2, -1/8);
            digitArc(0,0, -1, 1/2, 3/8, 1/2);
            digitMove(0,1/4);
            break;

Pour finir, pour que notre robot soit autonome, nous avons ajouté une batterie. De plus, nous voulions mettre un interrupteur afin qu’on puisse éteindre l’alimentation de notre carte Arduino pour que la batterie dure plus longtemps. Nous nous sommes vites rendus compte que notre module horloge devait être alimenté en continue pour qu’il écrive l’heure en temps réel. Notre projet de mettre un interrupteur n’était donc pas possible avec ce module horloge. Il existe d’autres modules horloge qui possèdent une pile intégrée afin qu’ils restent constamment alimenter pour qu’ils ne perdent pas l’heure. Nous avons donc décidé de mettre des piles rechargeables 6V de 1600mA pour éviter qu’elles ne se déchargent trop vite.

Bilan & Critiques

Ce projet a été très enrichissant et intéressant. Nous avons pu mettre à profit de nombreuses compétences notamment en conception mais aussi en électronique, en électricité et en programmation. La partie la plus dure a été la programmation avec un langage qui était nouveau pour nous.

De plus, nous avons appris à être autonome et prendre des décisions dans un projet de A à Z. Savoir se débrouiller face à différents problèmes et ne pas abandonner sont aussi deux points importants dans un projet. De plus, le travail d’équipe est une compétence essentielle pour le bon déroulement d’un projet. Nous avons donc dû savoir s’écouter entre coéquipier, exprimer chacun ses idées. Nous n’étions pas forcément toujours d’accord sur certaines choses mais en discutant ensemble, nous trouvions toujours un compromis.

Notre robot n’est qu’un prototype, il y a donc certaines choses à améliorer comme l’alimentation de la carte Arduino ou bien le module horloge. De plus, nous pourrions développer davantage notre programme pour qu’il est différente fonctionnalité comme écrire la date ou dessiner quelque chose demandée par l’utilisateur. Pour aller plus loin, développer une application pour le diriger depuis son portable pourrait être intéressant afin d’avoir de multiples fonctionnalités.

Nous tenons à remercier notre référent, M. LAGRANGE, pour nous avoir aider et guider tout au long de ce projet.

Merci pour votre lecture !!!

Mohamad DEIRI / Méline TARLEVE

Projet – Moteur à vent

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Introduction

Bonjour à toutes et à tous! Nous sommes 4 étudiants de Polytech Angers, en deuxième année de prépa intégrée.  Il y a Noé Couderc, Baptiste Cousquer, Hugo Leduc et Hugues Lautour. Notre projet s’inscrit dans le domaine de la mécanique et s’inscrit dans une démarche écologique, c’est la raison pour laquelle ce projet a suscité notre intérêt.

Intérêt du projet

Notre projet consiste à utiliser la force du vent. Le vent pousse une planche, qui fait office de voile, un système bielle manivelle va compresser l’air à l’intérieur d’un cylindre à l’aide du piston. L’air une fois contenue va remplir le compresseur d’air.

Composition du projet

Recherche et études du projet

Modélisation sur Solidworks

Montage et assemblage

Nos recherches

Pour commencer, nous avons étudié la faisabilité de notre projet ainsi que l’utilité et le rôle de chacune des pièces. Cela nous a permis de savoir quelles pièces prioriser dans nos calculs. Certaines pièces demandaient peu de temps d’études comme notre socle ou le mat. D’autres, à l’inverse, nécessitaient beaucoup plus de temps, comme notamment les charnières, il fallait étudier leur résistance suivant la taille de notre volet et la force auquelle ce dernier était soumis. Nous amenant à deux équations, premièrement celle de la force du vent:

T : Force du vent [N]

Cx : Coefficient de pénétration de l’air

⍴ : Masse volumique du vent ou densité [kg/m3]

v : Vitesse du vent [m/s]

S : Surface exposée au vent [m2]

Et celle de la résistance de la charnière suivant sa raideur:

F = ½*x²*k          

k : raideur du ressort

x : angle de rotation

En mettant en corrélation ces deux formules sur le site GeoGebra et en faisant varier la raideur K, on trouve les meilleures conditions pour que notre piston puisse bouger et fournir une puissance suffisante. Il fallait également effectuer une étude de terrain, pour cela nous nous sommes servis de cartes, comme celle ci-dessous, pour déterminer à quel type de vent nous allions être soumis.

La partie la plus complexe de notre projet résidait sur le lien entre notre volet et la partie mécanique (piston et bielle-manivelle). La raison est que notre volet a un mouvement circulaire mais que notre piston doit avoir un mouvement rectiligne dans le cylindre, il fallait donc optimiser la largeur du cylindre, la dimension de notre bielle-manivelle et le positionnement de cette dernière sur le volet. Pour éviter un gaspillage de temps et d’énergie, nous avons fait nos tests par modélisation assistée sur ordinateur, mettant en lien plusieurs facteurs, nous permettant de faire plusieurs tests et essais afin de trouver la position idéale de nos pièces. 

Modélisation sur Solidworks

  • Présentation

Créé en 1993, SolidWorks est un logiciel de CAO, pour Conception Assistée par Ordinateur, qui nous a permis de réaliser des pièces en trois dimensions. Cet outil est idéal pour réaliser des plans détaillés dans les domaines de la mécanique, de la manufacture et de l’industrie dans son ensemble. Grâce à une multitude d’outils de dessin et d’édition, il nous a été possible de concevoir des pièces détaillées et de réaliser tout notre assemblage. 

  • Conception

Solidworks nous a donc été d’une grande aide dans l’avancée de notre projet, les différents tests directement sur le logiciel ont permis une étude optimale de notre projet. Modéliser de A à Z notre projet, nous permet de mieux visualiser certaines caractéristiques, pour ce faire, nous avons dimensionné chacune des pièces comme ci-dessous.

Piston

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Charnière

Le second avantage de cette modélisation est la possibilité de directement imprimer des pièces à l’imprimante 3D, nous permettant de faire des économies, sans avoir besoin de commander d’autres pièces qui n’auront pas les caractéristiques exactes.

Montage et assemblage

  • Commandes

Après avoir fait l’inventaire des pièces nécessaires à notre projet, afin de rester dans notre démarche écologique, nous avons regardé quelles pièces pouvait être récupérer du FabLab (socle, mât,…) et celles que nous pouvions directement imprimer à l’imprimante 3D. Le temps que chacune des pièces arrive à destination, nous avons pu avancer sur notre rapport.

  • Assemblage 

Une fois toutes les pièces réunies et confectionnées, nous avons pu commencer l’assemblage. Certaines pièces, nous ont demandé pas mal d’effort comme créer un bâti stable, d’autre plus de temps comme pour les pièces à l’imprimante 3D.

Conclusion

Les difficultés rencontrées sont notamment la faisabilité finale de notre projet qui est possible seulement si notre volet est soumis à un vent suffisamment puissant. Nous avons aussi eu du retard dans certaines commandes ce qui a freiné notre progression.

Cependant, la possibilité de travailler en quasi autonomie et dans un esprit de bureau d’étude était passionnant, cela nous a permis de pouvoir partager les idées et réflexions de chacun et de faire évoluer le projet avec intérêt.