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Projet Double Pendule

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Présentation du projet

Bonjour nous sommes Ewan BUDOR et Antoine HOMMETTE deux étudiants en deuxième année à Polytech Angers. Et aujourd’hui nous allons vous présenter Le projet Double Pendule – Balancing Bot.

Notre projet consiste à concevoir et fabriquer la partie mécanique d’un robot basé sur le principe de fonctionnement d’un segway pour maintenir son équilibre. En ajoutant une extension pour en faire un double pendule.

Vidéo de présentation du robot

Intro

Nous avons choisie de diviser notre travail en 6 étapes. Et aujourd’hui nous allons vous les expliquer :

  • Schéma fonctionnel
  • Recherche des composants 
  • Choix du design général 
  • Conception des pièces 
  • Fabrication des pièces 
  • Montage du robot 

Schéma fonctionnel

La première étape a été de créer un schéma fonctionnel du robot. Nous avons identifié les composants nécessaires pour le fonctionnement du robot. Ensuite, nous avons relié ces composants pour représenter le fonctionnement du robot avec les flux d’informations et d’énergie. Ce schéma a été soigneusement élaboré pour éviter les erreurs et gagner du temps. Nous avons présenté plusieurs versions de ce schéma à M. Mercier, qui nous a donné des conseils pour l’améliorer.

Recherche des composants 

La deuxième étape était la recherche des composants nécessaires pour notre robot. Nous avons trouvé la plupart des éléments à Polytech, grâce à M. Mercier qui nous a fourni les composants électroniques essentiels. Étant donné que le niveau en électronique et codage était trop élevé pour nous. Et aussi car nous ne nous occupions pas de la partie programmation du robot.

Ensuite, nous avons recherché les modèles 3D dans des bibliothèques en ligne telles que GrabCAD et Pololu pour planifier les dimensions et l’assemblage des pièces. Cependant, cette étape s’est révélée difficile et a pris beaucoup de temps en raison de la complexité à trouver les modèles 3D appropriés.

Choix du design général

La troisième étape a été de réfléchir à l’esthétique générale que nous souhaitions donner au robot, avec l’objectif qu’il soit attrayant pour le grand public. Nous avons recherché des idées sur Internet en examinant des robots déjà existants, mais nous n’avons pas trouvé ce que nous recherchions. Nous avons donc élargi notre recherche à d’autres supports tels que les films et les jeux vidéo, où l’esthétique est plus importante. Finalement, nous avons trouvé notre principale source d’inspiration dans le jeu Borderland.

Nous avons apporté quelques modifications pour adapter le design aux composants que nous avions. Par exemple, nous avons remplacé le modèle à une roue par un modèle à deux roues et utilisé l’antenne comme second pendule. Ensuite, nous avons simplifié le design avant de commencer la conception assistée par ordinateur (CAO).

Conception des pièces 

La quatrième étape est la conception des pièces, nous avons créé chaque pièce en 3D pour relier la conception à la réalité. Nous avons utilisé SOLIDWORKS, un logiciel de CAO, pour créer les pièces en tenant compte des dimensions et des contraintes de fabrication. Nous avons importé les pièces existantes dans un assemblage pour visualiser notre travail.

En partant de la base des pièces existantes, nous avons conceptualisé la structure du robot en utilisant des poutres profilées en aluminium pour soutenir la partie supérieure. Nous avons ajouté des plaques en dibond pour renforcer la structure et fournir de l’espace pour les composants. Nous avons laissé plus d’espace que nécessaire pour permettre d’éventuelles modifications ou ajouts futurs.

Ensuite, nous avons créé les pièces qui constituaient la majeure partie de l’esthétique extérieure du robot. Nous avons utilisé du dibond pour les plaques du carénage et des équerres en plastique imprimées en 3D pour les fixer, en donnant à notre robot la forme d’une pyramide inversée. Nous avons conçu un carénage qui englobe la majorité du robot.

Enfin, nous avons réalisé les finitions. Nous avons créé des supports pour le pendule, avec des roulements à billes pour l’axe de rotation. Nous avons fixé une partie du pendule à l’aide de plaques métalliques et ajouté une centrale à inertie. Nous avons également créé un cache pour l’écran, en veillant à ce que l’accès aux boutons soit facilité. Des supports ont été prévus pour les capteurs à ultrasons, avec des designs différenciés pour l’avant et l’arrière du robot. Nous avons fixé la batterie en bas de la coque avec des attaches en plastique.

Ces étapes de conception nous ont permis de concrétiser notre robot en prenant en compte à la fois l’aspect esthétique et fonctionnel.

Fabrication des pièces

La cinquième étape est la fabrication des pièces du robot, pour cela nous avons utilisé plusieurs machines mises à notre disposition, notamment une machine de découpe CNC pour usiner les plaques en dibond. De plus, nous avons eu recours à des imprimantes 3D afin de créer des pièces plus complexes, telles que les supports de carénage et de pendule. En plus, nous avons utilisé plusieurs outils du fablab tels qu’une perceuse, une scie à métaux, des étaux, des pinces et un étau. 

Montage du robot 

La dernière étape est le montage du robot. Pour pouvoir monter le robot plus rapidement pendant la création des pièces, nous assemblions le robot. Nous avons commencé par la partie inférieure, en utilisant les pièces du châssis pour former une base solide. Nous avons rencontré quelques différences entre la conception et la réalité, mais nous avons pu apporter rapidement des ajustements. Ensuite, nous avons monté la structure, les premiers composants internes et les carénages, malgré quelques problèmes de conception. Nous avons réussi à assembler toute la partie inférieure du robot.

Nous avons également monté le pendule et son support, en testant différentes pièces jusqu’à trouver un assemblage qui permettait au pendule de se déplacer librement tout en restant aligné.

Enfin, nous avons fixé le pendule sur le sommet du robot et installé les derniers composants tels que le cache d’écran avec la carte et le cache, ainsi que les capteurs à ultrasons.

Nos avis sur le projet.

« Malgré une légère frustration de ne pas pouvoir voir notre robot en fonctionnement pour l’instant, j’ai réellement pris plaisir a effectuer ce projet. Je suis devenu plus autonome et j’ai appris énormément.   »

Ewan BudoR

« Ce projet a été une expérience incroyablement enrichissante et stimulante, malgré mes réticences initiales. J’ai développé un réel engouement pour la conception et la réalisation du robot. »

Antoine HOMMETTE

Si cet article vous a plu je vous invite à venir lire notre rapport de projet qui vous permettra d’en apprendre plus sur le projet Double Pendule.

Rapport-Double-Pendule-1

Polytech Angers – Projets PEIP2

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Caisse à savon Autonome: La Firm-1

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Bonjour, nous nous présentons : Anthony De Sa et Antoine Quémerais. Nous sommes deux étudiants en deuxième année de classe préparatoire à Polytech Angers. Cette année, nous avons eu l’occasion de choisir un projet de fin d’études. Étant tous les deux passionnés de mécanique, de sport automobile et d’innovation en général, nous nous sommes dirigés vers celui d’une caisse à savon autonome. L’objectif de ce projet était de créer une caisse à savon sans aucune base existante et de la rendre autonome pour qu’elle puisse participer à une course sans pilote.

Photo de la Firm-1 exposé devant Polyetch

Monsieur Lagrange est le professeur qui nous a encadrés tout au long de notre projet et qui nous a apporté des conseils. Les exigences qu’il attendait sur ce projet étaient :

  • avoir une caisse à savon compacte et assez légère pour la déplacer et la stocker
  • avoir la possibilité qu’un humain puisse la conduire
  • avoir un système automatisé afin que la voiture puisse se diriger et freiner par elle-même

Pour se repérer dans l’espace, Anthony a fait le choix d’un capteur laser aussi appelé capteur lidar. Un capteur lidar permet de savoir à quelle distance se trouve un objet par rapport à ce dernier. De plus, celui-ci est placé sur un servomoteur permettant une vision à 360 degrés. Sur les conseils de monsieur Lagrange, nous avons choisi le capteur lidar le plus adapté à notre utilisation. Les données du capteur lidar devaient être récupérées par un Raspberry (type de micro-ordinateur), qui devait les analyser, puis aurait calculé la meilleure trajectoire à prendre. Une fois la meilleure trajectoire calculée, le Raspberry devait donner les instructions à l’Arduino pour qu’il puisse réorienter la direction ou freiner. Cependant, cette étape a été fortement ralentie, car la livraison du capteur lidar prit plus d’un mois. Il nous était donc impossible d’avancer sur la partie électronique.

Aimant les défis, nous nous sommes rajouté une grosse difficulté : celle d’avoir des suspensions indépendantes sur chaque roue. Nous avons trouvé cette difficulté challengeant et plus amusante dans la réalisation de la caisse à savon.

À partir du moment où nous avions toutes les exigences attendues, nous étions prêts à pouvoir commencer la modélisation.

Nous nous sommes d’abord réunis autour d’une feuille et d’un ordinateur pour concevoir le châssis et la structure globale de la caisse à savon. Nous avons longuement échangé sur les différentes possibilités que l’on pouvait mettre en œuvre, mais aussi adapté notre conception en fonction du matériel mis à notre disposition. Après de longues heures de discussion, nous nous étions mis d’accord sur une idée de conception et une allure globale.

Nous pouvions maintenant passer à la modélisation 3D de cette caisse à savon sur le logiciel SolidWorks. Cette étape était indispensable et essentielle pour la suite de notre projet. La modélisation 3D permettait de voir si tous les mécanismes mis en œuvre fonctionnaient et étaient réalisables. Mais également de constater la taille de la caisse à savon et ses limites de résistance mécanique. Après de nombreux essais, nous avions notre version finale. Cette version a été validée par notre tuteur. Nous étions prêts à passer à la construction du châssis.

modélisation de la Firm-1 sur SolidWorks
Test des suspensions sur SolidWorks

La mécanique

Pour la construction du châssis, nous avons récupéré des profilés en aluminium que nous avons assemblés avec des équerres en aluminium. Cela nous permettait de profiter d’une grande légèreté tout en gardant une bonne rigidité et une bonne résistance mécanique.

Pour la direction, le freinage et les suspensions, aucun matériel n’était mis à notre disposition. Nous devions donc nous débrouiller pour les trouver sur des sites marchands partenaires de l’école. Cette étape d’apparence simple était très fastidieuse. Nous n’avions accès qu’à une certaine gamme de produits, ce qui était très handicapant et nous limitait dans la conception. Après de nombreux compromis, nous avons passé notre commande pour la construction du système de suspensions. Nous avions décidé de partir sur un système de suspension en triangulation avec des paliers lisses en bronze comme roulement, des tubes en acier comme structure, et des suspensions de fourches de vélo découpées comme amortisseurs, récupérées dans un vieux local à vélos.

photo des suspensions
photo de la direction
vue d’ensemble du projet sans la carrosserie

Malheureusement pour nous, les délais de livraison étaient assez importants. Nous devions aller chercher certaines pièces sur place dans les magasins et d’autres arrivaient par livraison. Nous étions alors fortement freinés dans notre avancement à raison de plusieurs semaines (3-4 semaines). Nous avions compris que le temps nous était compté et qu’il fallait être très efficace si nous voulions finir dans le temps impartis. Pour optimiser notre temps, nous nous étions alors réparti le travail selon nos points forts respectifs : Anthony devait se charger de la partie électronique et Antoine de la partie mécanique.

L’électronique

Anthony a décidé de contrôler la direction et le freinage à partir de moteurs pas à pas récupérés sur une vieille CNC (machine de découpe numérique). Les moteurs pas à pas ont la particularité de pouvoir se contrôler avec une grande précision et ainsi pouvoir choisir précisément l’angle de rotation de la direction et du freinage. C’était la solution la plus adaptée à notre projet. Chaque moteur est piloté à partir de drivers récupérés également sur la CNC. L’ensemble des drivers est contrôlé par un Arduino qui nous permet de transmettre toutes les instructions aux moteurs. L’Arduino est la solution la plus adaptée, car c’est un microcontrôleur très simple à programmer et à connecter.

Nous pouvions maintenant passer à la modélisation 3D de cette caisse à savon sur le logiciel SolidWorks. Cette étape était indispensable et essentielle pour la suite de notre projet. La modélisation 3D permettait de voir si tous les mécanismes mis en œuvre fonctionnaient et étaient réalisables. Mais également de constater la taille de la caisse à savon et ses limites de résistance mécanique. Après de nombreux essais, nous avions notre version finale. Cette version a été validée par notre tuteur. Nous étions prêts à passer à la construction du châssis.

L’assemblage

Dans le même temps, toutes les pièces du système de suspension étaient arrivées. Pour assembler le tout, il était indispensable de faire de nombreuses soudures, cependant l’établissement n’était pas équipé de ce matériel. Antoine a alors décidé de ramener entièrement la caisse à savon chez lui, dans le but de se faire aider par son père qui avait des connaissances en soudure et possédait l’équipement nécessaire chez lui. Antoine et son Père ont passé les vacances d’avril à assembler, à souder et à construire la caisse à savon. Il serait fastidieux de rentrer dans les détails de chaque soudure et mécanisme créés. Cependant, vous pouvez voir ci-dessous les photos de l’ensemble du travail effectué. Cette partie de la construction a mobilisé beaucoup de temps de travail et nécessité beaucoup de débrouille, car l’approche théorique et la modélisation 3D ne fonctionnaient pas exactement de la même façon dans la réalité. Cela a demandé beaucoup d’adaptation et de patience.

Il a fallu un peu d’ingéniosité pour adapter la partie existante du tracteur tondeuse sur la caisse à savon.

usinage…
assemblage…
test !

Une fois cette partie mécanique et électronique faite, il s’était écoulé environ 1 mois. Il était temps de fusionner les deux parties. Antoine a ramené la caisse à savon à Angers et Anthony a adapté l’électronique et les moteurs dessus. Plusieurs problèmes ont été rencontrés :

  • Problème d’accouplement entre le moteur et le volant
  • Les suspensions de vélo récupérées étaient un peu trop faibles pour la caisse à savon
  • Le frein était très dur à mettre en œuvre. On ne pouvait pas tirer le câble jusqu’à la pédale de frein, trop de frottement. Il fallait également jumeler les 2 roues avec un système de cardan pour que les 2 roues freinent

Il fallait donc que nous trouvions des solutions à ces problèmes majeurs. Le problème d’accouplement a été rapidement réglé grâce à une pièce achetée, qui permettait de relier le moteur et l’axe du volant. Pour les suspensions, malheureusement nous ne pouvions pas les changer pour en avoir de plus performantes, du fait du manque de temps et de problème de temps de livraison. Pour le système de freinage, nous avons opté pour un système de levier plus simple et plus rapide à mettre en place. Pour jumeler les 2 roues, nous avons acheté des joints de cardans, cependant les délais de livraison restaient importants et il nous restait peu de temps pour finir le projet.

Lors de la livraison du fameux capteur lidar, nous avons été confrontés à un nouveau problème. L’utilisation du capteur lidar était très complexe, voire incompréhensible pour notre niveau de connaissance. Nous avons dû faire appel à notre tuteur, mais également à monsieur Guyonneau, enseignant spécialisé en informatique, pour parvenir à faire fonctionner ce capteur et le comprendre. Malheureusement, la tâche était ardue et longue pour eux également. Face à une telle complexité pour programmer ce capteur, qui dépassait totalement nos compétences, et le temps restant, monsieur Lagrange a trouvé plus raisonnable de supprimer cette partie du projet.

Nous nous sommes alors plus concentrés sur la partie mécanique de la voiture. Pour lui rajouter un aspect esthétique, nous avons commencé à ajouter un plancher et de la carrosserie, mais également des autocollants et un logo.

Logo de la Firm-1

Malheureusement, le temps qui nous était imparti a été rapidement écoulé. Nous sommes à la fin du projet. Voici l’état du projet final :

  • Le châssis est fini, rigide et fiable
  • Les 4 suspensions sont opérationnelles
  • La direction et les frein fonctionnent
  • Le plancher est fixé
  • Tous les moteurs et l’électronique ont été intégrés dans la caisse à savon

Malgré tout le travail que nous avons fait, nous n’avons pas pu aller au bout de tous nos objectifs. Les points qui nous restaient à faire étaient :

  • Intégrer le capteur lidar,
  • Jumeler les 2 roues avec les cardans qui sont arrivés la veille de la fin du projet
  • Faire toute la programmation pour rendre la voiture autonome

Malgré le fait que nous n’ayons pas eu le temps d’aboutir pleinement le projet, nous sommes très fiers du travail accompli. Il s’agissait d’un projet ambitieux que nous avons aimé faire et dans lequel nous nous sommes épanouis. Nous avons donné notre maximum pour qu’il voie le jour.

Nous avons pu tester la caisse à savon à plusieurs reprises, et également donner ce privilège à d’autres étudiants. L’expérience de conduite est très satisfaisante et le regard admiratif des professeurs et des élèves à la vue de la caisse à savon nous réjouit énormément. Nous sommes heureux d’avoir pu construire un véhicule qui fait parler de lui et qui partage des émotions. Au-delà d’être une simple caisse à savon, c’est un projet qui nous aura appris beaucoup de choses, et ce dans de nombreux domaines.

 Nous espérons que le récit de cette aventure vous donnera également l’envie d’entreprendre des projets encore plus fous et ambitieux que le nôtre. Nous espérons que les futurs étudiants pourront reprendre notre travail et arriver à la concrétisation de notre projet.

Nous tenons à remercier toutes les personnes qui ont permis la réalisation de ce projet. Nous pensons en premier à Boris pour son aide au FabLab, au père d’Antoine pour son investissement dans le projet, à Motoculture Dol Service pour sa contribution, à Monsieur Guyonneau pour son aide en informatique et à Monsieur Lagrange pour son implication dans le projet.

Merci à tous pour votre lecture!

Système de stationnement automatique avec Arduino

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Système de stationnement automatique

Bonjour à tous et bienvenue dans notre article.

Nous sommes Maxence, Victor et Margot, trois étudiants en 2ème année du cycle préparatoire intégré de Polytech Angers. Notre projet consiste à concevoir et mettre en place un système de stationnement basé sur Arduino (une maquette d’un parking automatisé). C’est à dire que la barrière s’ouvre et se ferme toute seule quand elle détecte une voiture. Les contraintes sur ce projet étaient de programmer avec Arduino, que le système doive permettre la gestion de stationnement: nombre des places inoccupées qui doivent être affiché sur un écran, la durée de stationnement (en heure) et le prix de stationnement pour chaque voiture garée dans le parking.​

Pourquoi avons nous choisie ce projet ?

Nous avons choisie ce projet car il permettait de toucher à tous les domaines : la conception, la programmation, la réalisation, l’impression 3D, etc. De plus, nous ne savions pas quelle spécialité choisir, donc travailler sur ce projet pouvait nous aider dans notre choix.

Étape de notre projet

  • Analyse fonctionnelle du système et de ses contraintes
  • Recherche de normes sur les vrais parkings
  • Recherche sur la maquette (pièces électroniques et planches)
  • Programmation sur Tinkercad
  • Devis
  • Fabrication pièces CAO
  • Construction maquette

Première phase: la recherche

Nous avons commencé notre projet par une phase de recherche, nous avons mis en commun nos idées sur le meilleur parking et ce que nous voulions faire. Tout d’abord nous avons fait un schéma fonctionnel pieuvre, que vous pouvez retrouver ci dessous. Grâce a cela nous avons eu une vision des contraintes : l’écologie, le prix, l’esthétique, etc.

schéma pieuvre

Ensuite nous avons fait un peu de recherche sur la construction d’un vrai parking, afin de respecter au mieux les normes est les dimensions.

La réflexion sur notre maquette

Après ces recherches, nous avons choisi à quoi notre maquette de parking allait ressembler. Nous voulions que le parking ait un étage, deux places handicapées ainsi que deux places électriques. Il y aura 23 places classiques avec une entrée et sortie différente. Les places libres seront indiqué grâce à deux écrans.

Nous avons fait plusieurs devis et commandes d’électronique et de bois pour la structure du parking.

Programmation sur Arduino

Au début nous avons utilisé le logiciel TINKERCAD avons d’avoir les composant. Ce logiciel est un simulateur Arduino avec les composant et la partie programmation. Cela nous a permis de commencé la programmation.

Ensuite nous avons programmé sur Arduino par l’intermédiaire d’une carte Arduino méga.

Conception support 3D

Nous avons principalement utilisé le logiciel SOLIDWORKS, c’est un logiciel de CAO très utilisé à Polytech. Nous y avons construit tout nos panneaux de signalisation ainsi que la barrière et un boitier pour couvrir les câbles et y mettre l’entrée et la sortie. Le point positif avec l’impression 3D est que l’on pouvait vraiment créer les pièces que nous voulions avec les mesures désirées.

le boitier d’entrée/sortie

Conception de la maquette

Une fois toutes nos planches reçues, nous avons commencé la construction de la maquette.

La première étape était de tracer toutes les places et passages sur les planches au crayon de bois. Cela nous a permis de voir comment rendait le parking et de faire quelque changement comme agrandir l’espace pour les barrières. Nous avons fait cela sur les deux planches.

première image de la maquette

Ensuite nous avons dimensionné et coupé les poteaux permettant de surélever le parking et de créer l’étage.

Après nous avons installé les capteurs et écrans (toutes l’électronique). Nous avons décidé de faire passer tous les fils sous la maquette pour que le rendu soit plus propre. Donc il a fallu faire plusieurs trous pour faire passer les capteurs.

En parallèle, nous avons imprimé les panneaux 3D ainsi que les barrières de protection et les barrières d’ouverture. Nous avons aussi créé des cartes de différentes couleurs avec des planches de bois et des stickers que nous avons conçu. Ces cartes vont permettre d’être reconnues par les capteurs couleur à l’entrée et à la sortie du parking, cela permet de simuler les cartes d’abonnement d’un parking réel.

Pour finir, nous avons tout fixer : les piliers sur l’étage, panneaux, barrière et toute la partie électronique, ainsi que repasser au crayon Posca tous les marquages. Notre maquette est prête ! Maintenant c’est le moment de tester. Nous vous avons mis ci-dessous une vidéo du fonctionnement complète de la maquette.

vidéo du fonctionnement du capteur couleur

Merci à vous !!!

Tri de pièces automatisé par détection photo par le Dobot Magician

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Bonjour la poly-communauté !

Bienvenue sur cet article qui parle de notre projet, 100 heures dédiées à ce projet, 100 heures de réflexion, d’enthousiasme, de discorde mais surtout 100 heures d’un travail collectif abouti. L’idée de commencer ce projet nous excitait beaucoup et les premières discussions avec notre professeur encadrant : Monsieur BOIMOND, nous ont directement mis dans le bain et nous avions hâte de commencer. Notre professeur encadrant nous a directement donné sa confiance en nous prêtant un robot Dobot Magician.

Attendez !!

On vous parle de notre robot mais dans l’euphorie on ne vous a pas encore présenté notre objectif.

En effet, notre projet consiste à trier des pièces selon leur couleur, une caméra dont le repère sera fixe à celui du robot devra visualiser les pièces à trier ainsi que les zones de décharges. Ensuite le robot devra donc emmener chaque pièce au bon endroit. Pour réussir cela, il nous fallait quelques bases et prérequis. La robotique et la programmation qui y est associée nous étais complètement étrangère, pour rectifier cela, notre encadrant nous a donné des travaux pratiques de robotique ainsi que son cours afin de nous aider à découvrir le domaine, le sujet et le robot ainsi que ses utilisations. Ensuite nous devions inventer un moyen de fixer notre caméra à notre robot et enfin nous devions passer à l’étape la plus primordiale : la programmation finale.

Nos pièces sont des cubes RGB de 1 cm de côté et nos zones de décharges seront comme ci-dessous, la visualisation de la caméra se fait sur un format A4.

En essayant de réaliser ces travaux pratiques, nous nous sommes dépêchés afin de commencer la programmation car nous pensions être prêt et avoir tout compris. Cependant en se précipitant, on se retrouvait souvent complètement bloqué sans avoir vraiment compris ce que nous avions fait. C’est à ce moment-là que Monsieur BOIMOND nous a mis en garde en nous rappelant qu’il était important de comprendre comment cela fonctionnait afin de pouvoir le faire nous-même dans la programmation. Cela nous a été très bénéfique et nous avons finalement avancé plus vite après coup. Il nous a dit :

Il ne faut pas confondre vitesse et précipitation.

Une fois sur la bonne voie, nous avons réfléchi à un moyen de fixer notre caméra, le plus simple nous semblait être la réalisation d’une pièce en CAO. Ce n’était pas simple car nous devions trouver l’endroit parfait et le moyen le plus facile, la visualisation de la caméra devait être claire, sans avoir d’obstacles devant comme un bout de robot ou notre pince. Nous sommes parti sur une première pièce, qui s’est avérée être pratique et qui correspondait parfaitement au cahier des charges, cependant nous avons reprécisé certaines côtes et enlever un morceau qui gênait un peu lors de notre 2ème version.

Ainsi voici notre pièce finale :

Voici notre support monté sur le robot avec la pince. Ici le robot est en condition d’utilisation.

Ensuite logiquement nous avons entamé la programmation en python pour contrôler notre robot. Pour commencer il nous fallait détecter les cubes et les zones de couleur pour connaître leurs coordonnées. Pour cela nous avons créé un masque autour de la feuille et appliqué des filtres pour détecter les nuances de couleurs.

Détection des cubes
Détection des zones

Par la suite nous allons expliquer notre codage pour la couleur rouge puisque l’idée est la même pour les autres couleurs.

D’abord  nous avons codé pour connaître les coordonnées des cubes en pixels que nous avons converti en mm par calcul.

Puis effectuer la même chose pour les zones de couleurs. 

Enfin nous avons codé le déplacement du robot de la manière suivante : 

  • Le robot va aux coordonnées de notre premier cube et se place à 30 pixels au-dessus.
  • La pince s’ouvre
  • Ensuite il descend au niveau de la feuille 
  • La pince se ferme
  • Puis une étape transitoire où il se déplace à des coordonnées se rapprochant de la position de base du robot
  • La seconde phase du déplacement débute avec le mouvement du robot au centre de la zone rouge
  • La pince s’ouvre pour libérer le cube
  • Le robot remonte de 30 pixels
  • Retourne aux coordonnées proches de sa position de base
  • Puis la pince se referme

Tadam ! Voilà le résultat !

PS : N’hésitez pas à mettre la vidéo en plein écran et en 1.5 pour une expérience optimale.

Voici donc le fruit de 100 heures de travail

Réussir ce projet a sûrement été l’une des choses les plus satisfaisantes de nos deux années à polytech. Il nous a apporté beaucoup de nouvelles connaissances, notamment en robotique et en programmation. Cependant, ce n’est que la première version d’un projet qui peut être optimisé. En effet, il y a encore quelques axes d’amélioration pour que ce système automatisé soit opérationnel en toutes circonstances. notamment au niveau du contrôle de la pince pour l’axer avec les cubes. Mais aussi la possibilité d’effectuer une nouvelle détection à chaque tri d’une pièce au cas où un cube n’aurait plus la même position. 

Ainsi cette version finale et autonome pourrait être utilisée dans plusieurs domaines de l’industrie. Logiquement, on pense au tri de pièces au premier abord. Cependant, dans un aspect écologique cela pourrait être utile pour recycler les matériaux en fonction de leur couleur ou de leur forme. Cela entraînerait un gain de temps considérable pour l’Homme, et l’opportunité d’agir sur d’autres fronts pour notre planète.

Merci à vous d’être parvenu jusqu’ici !!

Nicolas BESSON – Nicolas BAUDUZ – Arnaud WACHOWIAK

Projet PEIP 2A – Vélo à hydrogène

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Le VTT à hydrogène

Chers lecteurs

Tout au long de ce blog vous allez découvrir le récit de notre épopée dans le monde de l’hydrogène, de l’innovation et des vélos. Gardez bien vos mains sur le guidon 😉

Introduction

Nous sommes Malo, Anand et Paul, 3 étudiants en 2eme année de cycle préparatoire à Polytech Angers. Passionnés par l’innovation, la qualité et la mécanique, nous nous sommes donc vite intéressés à ce projet puisqu’il répondait à nos envies. De plus, l’enjeu du monde de demain nous tiens à cœur, c’est pour cela que l’opportunité de pouvoir concevoir un mode de déplacement plus respectueux de l’environnement est un critère majeur qui nous a attiré vers ce projet. 

L’objectif principal de notre projet est de concevoir un vélo innovant alimenté par une énergie verte capable d’avoir une autonomie supérieur à celle disponible sur le marché, c’est à dire une autonomie supérieur à 150km. En plus de cela il nous fallait proposer une solution innovante qui n’existe pas sur le marché afin de répondre à notre cahier des charges.

Néanmoins, notre projet se séparait en deux grosses missions principales. La première fut une étude approfondi de l’hydrogène et la deuxième fut la conception de notre vélo sur le logiciel SolidWorks.

L’hydrogène

Pour commencer notre projet, nous avons fait de nombreuses recherches sur l’hydrogène. Ces recherches portaient sur ses normes de sécurité (transport, mise en bouteille…), son fonctionnement et sa production. Tout d’abord, il faut savoir qu’il existe très peu de normes quant à l’utilisation de l’hydrogène pour un vélo donc nous nous sommes basé sur les normes communes et sensées. Une des normes les plus complexes quant à son utilisation fut le fait que l’hydrogène doit être stocké dans une bonbonne faite d’une seule pièce, pas de soudures ni bonbonnes classiques. Cela nous a donc imposé de rechercher des fabricants de bonbonnes à hydrogène pour pouvoir avoir les bonnes caractéristiques et informations.

Une fois les normes analysées et pris en compte, il nous fallait comprendre comment on obtenait de l’électricité à partir d’hydrogène. Pour cela, il ne faut rien de plus qu’une pile à combustion. “Mais comment cela fonctionne ?” me demanderiez-vous. Ne vous en fait pas, le processus est plutôt simple à comprendre. Son fonctionnement repose sur un mécanisme appelé oxydoréduction, avec une pile à combustible (PAC) composée de deux parties : une cathode réductrice et une anode oxydante, séparées par un électrolyte contenant des catalyseurs. Mais pour que la pile fonctionne, elle a besoin d’être alimentée en hydrogène. L’anode provoque l’oxydation de l’hydrogène, libérant ainsi des électrons. Sous l’effet de l’électrolyte chargé en ions, ces électrons circulent dans un circuit extérieur, générant un courant électrique constant. À la cathode, les électrons et les ions se rejoignent, puis se combinent avec un autre combustible, généralement de l’oxygène. Cette réaction de réduction produit de l’eau, de la chaleur et un courant électrique. Une fois ces étapes réalisées, la pile continuera de fonctionner tant qu’elle sera alimentée en hydrogène.

Fonctionnement de la pile à combustible

Néanmoins, la production d’hydrogène aujourd’hui n’est pas très verte. Malheureusement, cette dernière est produite à 96% par méthode de vapoformage qui consiste à extraire l’hydrogène grâce à des énergies fossiles. Tout cela est donc un peu contradictoire avec le but voulu de décarbonation due à l’utilisation de l’hydrogène. Mais, heureusement pour nous, après plusieurs recherches sur les sites du gouvernement nous avons trouvé que l’État français s’est engagé à débloquer une enveloppe de 20 milliards d’Euros sur la prochaine décennie pour investir dans des énergies vertes telles que l’hydrogène. Cette enveloppe ira notamment vers le financement de production d’hydrogène par électrolyse et biomasse.

Schéma du procédé de vapoformage.

Lien vers l’article :

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/procedes-chimie-bio-agro-th2/fabrication-des-grands-produits-industriels-en-chimie-et-petrochimie-42319210/hydrogene-j6368/
Schéma de fonctionnement de l’électrolyse.

Lien vers l’article :

https://www.h2life.org/index.php/fr/hydrogene/sources/electrolyse

La conception via SolidWorks

Pour la partie conception nous allons nous servir de l’amortisseur pour vous montrer la plupart des fonctions SolidWorks utilisées tout au long du projet.

Pour commencer, nous avons fait la fermeture du ressort. Celle-ci s’est faite en 4 étapes simples.

1 – On commence par un bossage extrudage pour la forme principale dans laquelle on perce un petit trou aux dimensions de votre choix.

2- Par la suite on fait la partie accroche qui est tout simplement un bossage extrudage des dimensions de votre choix.

3 – Pour faire l’arrondi de l’attache il suffit de lui appliquer un congé.

4 – Et enfin, pour finir l’accroche il vous faudra la percer grâce a la fonction enlèvement de matière où il vous faut mettre l’esquisse de la forme à enlever.

Suite à ça il faut faire le tampon (partie centrale) du ressort/amortisseur. Ce dernier se réalise en 2 étapes.

1 – Pour commencer il faut sélectionner la fonction bossage avec révolution. Suite à ça il faut définir un axe centrale. Puis il faut dimensionner le reste de son esquisse tel que sur l’image si contre. Une fois l’esquisse fermée et complète et fermer l’esquisse. Une fois cela fait la forme va se faire toute seule et voilà, vous avez votre forme.

2 – Ensuite, il suffit juste de faire un enlèvement de matière après avoir tracé votre esquisse.

Après avoir réaliser votre tampon il vous faut réaliser son capuchon. Ce dernier se réalise en 4 étapes.

1 – Pour faire votre forme il vous faire un bossage avec révolution. Cela reviens à faire le premier processus du tampon, c’est à dire tracer l’esquisse voulu et la révolutionner.

2 – Une fois la forme obtenu n’hésitez pas à la rendre plus esthétique en arrondissant son arête supérieur.

3 – Percez un léger renfoncement, ceci est à but esthétique mais vaut quand même le coup.

4 – Percez le trou central de votre bouchon. Attention, ce dernier doit être de même diamètre que celui du tampon… Puis une fois cela fait rien ne vous empêche de rendre votre pièce plus esthétique avec des chanfrein ou encore des arrondissements.

Maintenant nous allons passer à la partie la plus complexe de la conception de l’amortisseur; le ressort.

1 – Pour commencer il vous sélectionner la fonction “hélice” dans l’onglet “courbes”. Suite à cela, il vous sera demander de tracer votre base. Dimensionnez là selon vos besoins.

2 – Une fois votre base tracé il vous faudra dimensionner votre hélice. Suivez bien les spécificités ci-contre tout en sélectionnant la hauteur de votre choix.

3 – Suite à cela, allez dans “Insertion” -> “géométrie de référence” -> “Plan”. Une fois cela fait créez votre plan parallèle au “plan de droite” déjà existant.

4 – Vous allez maintenant créer les extrémités de votre ressort. Pour se faire il va vous falloir sélectionner la fonction “hélice” dans l’onglet “courbes”. Suite à cela, il vous sera demander de tracer votre base. Dimensionnez là selon vos besoins.

5 – Une fois votre base tracée veuillez suivre les instructions suivantes pour obtenir une extrémité de votre ressort. Si cette dernière est dans le mauvais sens, ne vous en faites pas vous pouvez modifier ce dernier.

6 – Pour vous faciliter la conception de l’extrémité supérieur de votre ressort il va vous falloir créer un plan. Allez dans “Insertion” -> “géométrie de référence” -> “Plan”. Une fois cela fait créez votre plan parallèle au “plan de dessus” déjà existant.

7 – Maintenant que la conception d’hélices n’a plus de secrets pour vous il vous sera facile de faire les premières étapes. Une fois ces dernières effectuées suivez les étapes ci-contre. Si c’est dans le mauvais sens, ne vous en faites pas vous pouvez modifier ce dernier.

8 – C’est bien beau d’avoir trois courbes distinctes mais il serait encore plus belle d’en avoir une seule composée des trois courbes faites précédemment. Pour cela allez dans “Courbes” -> “courbe composite” puis sélectionner vos trois courbes. Le logiciel se charge de les relier pour vous.

9 – Maintenant que vous avez votre hélice en un seul morceau il vous faut créer son corps. Sélectionnez “Bossage balayé”, créez votre esquisse, sélectionnez l’hélice et le logiciel se charge du reste.

10 – Maintenant que vous avez votre ressort nous pouvons passez aux étapes finales. Pour ce faire, vous allez sélectionner “Enlèvement de matière extrudée”. Tracez un trait qui coupe le cercle de votre esquisse en deux. Puis mettez les paramètres ci-contre. Si jamais il vous reste seulement le mauvais bout, ne vous en faites pas, cliquez sur “Basculer côté pour enlever la matière”. Refaites cette même étape pour l’autre bout de votre ressort.

11 – Maintenant que votre ressort est complet il ne vous reste plus qu’à créer un plan central. Allez dans “Insertion” -> “géométrie de référence” -> “Plan”. Une fois cela fait créez votre plan parallèle au à la base coupée de votre ressort.

12 – Une fois toutes vos pièces terminées il ne vous reste plus qu’à les assembler. Servez vous des axes et des faces des pièces pour les contraindre entres-elles.

Maintenant que vous savez tout sur l’hydrogène et sur les principales fonctions SolidWorks vous êtes des pros pour pouvoir prendre en main un projet tel que celui-ci. Sur ce, nous espérons que cet article vous a plu et vous a été utile.

Merci pour votre lecture !!!

Élaboration et construction d’un mur interactif

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Bienvenue sur le blog du projet mur interactif

Bonjour à toutes et à tous !!!!

Nous sommes 4 étudiants en deuxième année de PEIP, Paul Garreau, Marin Goujon, Martin Mollat et Virgile Fasquel. Notre projet avait pour but de créer un grand mur interactif composé de plusieurs boutons poussoirs lumineux. Pour vous donner une idée ça ressemble un peu aux exercices de réflexes de pilotes de Formule 1.

Pour notre projet nous nous sommes inspirés d’un mur interactif crée en 2016 par Google ( voici une vidéo qui présente ce mur : https://youtu.be/58pxJ8z1Vow ) et d’un autre fabriqué par l’entreprise Preparaction ( une deuxième vidéo : https://youtu.be/9yIWuRmtsiA ).

A quoi peut servir notre projet ?

Notre mur interactif peut avoir plein d’utilisations : on peut l’utiliser comme un mur artistique en allumant les boutons dans l’optique de créer des formes de différentes couleurs. On peut aussi faire un mur ludique, sportif …

Pourquoi nous avons choisi ce projet ?

Nous avons choisi ce projet car nous avions envie de réaliser un jeu et ce projet semblait amusant. De plus il laissait beaucoup de possibilités. Aussi il nous permettait de toucher à tout, autant à l’électronique, l’informatique et le travail manuel sur la structure qu’à la conception et l’imagination.

Généralités

Notre groupe partait de zéro, le projet n’avait jamais été fait avant et nous n’avions aucune piste de départ, alors il a fallu réfléchir. Au début, nous avons beaucoup échangé entre nous, beaucoup testé, et il y a eu beaucoup d’échecs.

Finalement, nous avons opté pour un mur sportif, comportant une grande facette ludique. Ce type de mur laisse libre cours à notre créativité et nous enlève un travail colossal (et répétitif) de soudures et d’assemblages que nous aurait demander la création d’un mur artistique

Notre Projet se compose de 3 étapes principales :

  • Structure
  • Électronique
  • Programmation

Structure

Dès le départ, nous souhaitions créer la base du mur en bois pour des contraintes pratiques, écologiques et esthétiques. Nous avons également choisi de diviser le mur en modules (plaques de bois) pouvant chacun accueillir 4 boutons ainsi que les différents composants électroniques. Ces modules rendent donc le mur démontable et transportable. Le choix de mettre 4 boutons par module a été décidé avec les 4ème année, pour simplifier le réseau électronique. Chaque module mesure 40cm*40cm. Les trous accueillant les boutons ont été usinés grâce à la fraiseuse du FabLab. Cette facette du projet nous a donc permis de maitriser la fraiseuse.

Voici ci-dessous un module complet.

La couleur blanche pour les boutons a été choisie de sorte à laisser les différentes couleurs des LED se diffuser convenablement.

Afin de placer les boulons au bon endroit, nous avons créé et utilisé un gabarit découpé à l’imprimante laser.

Ensuite, il a fallu imaginer et réaliser une structure solide pour pouvoir accueillir tous ces modules. Nous avons opté pour des profilés en aluminium contenant des rainures en forme de T. Ce choix a été fait pour plusieurs raisons: l’aluminium est un matériau léger et relativement solide, de plus, grâce aux rainures, il était simple de visser dans les modules et de faire glisser les écrous dans les profilés. Au premier jour du projet, nous pensions réaliser seulement un mur (1 face), cependant, pour des soucis d’équilibre, l’idée nous est venue de faire deux faces opposées pour gagner en stabilité. Des renforts horizontaux d’environ 80cm ont tout de même été nécessaires pour avoir une structure correcte.

Electronique

Toute la partie électronique du projet s’appui sur le schéma électronique suivant:

Dans ce schéma, on distingue très clairement trois sous-parties : l’alimentation, les cartes électroniques et enfin les LED.

Concernant les LED, ce fut un travail fastidieux de souder les 4 branches (bleu,rouge,vert,masse) pour chacune d’entre elles. Toutefois le résultat lumineux est satisfaisant puisque la lumière est puissante et diffuse. Les boutons, de couleur blanche, contiennent tous un micro-switch permettant de recevoir l’appui sur le bouton, indispensable pour le jeu de réflexe.

Les cartes électroniques ont été réalisées sur le logiciel EAGLE. Ce fut difficile de concevoir ces cartes indispensables à la réalisation de notre projet. Une carte accueille deux LED, un ESP32 et 3 résistances ainsi que 3 mosfets par bouton. Une carte ESP32 est une carte programmable dans différents langages informatiques (nous avons opté pour l’Arduino) pouvant communiquer par Bluetooth et WIFI. Nous n’avons seulement pas eu le temps d’exploiter ces fonctionnalités. Cela nous aurait permis de créer un jeu encore plus ludique puisque les ESP32 auraient été connectés entre eux. Cette carte est la base de l’ensemble du système électronique du mur. C’est ici que la connexion entre l’ordinateur et les éléments du mur s’effectue. Les résistances sont nécessaires afin de protéger certains composants notamment les LED. Pour les mosfet, ils permettent d’utiliser une alimentation différente de celle de la carte pour allumer les LED. Si le mosfet reçoit un courant de la carte, il laisse passer le courant entre l’alimentation et la LED Il agit comme un interrupteur avec en déclencheur le signal de l’ESP32.

De plus, le mur doit évidemment avoir un apport électrique; l’alimentation. Notre alimentation dispose d’un courant de 220V et la transforme en 5V, suffisant pour notre projet. Une alimentation fournit assez de courant pour une colonne. Chaque plaque recevra donc deux câbles provenant de l’alimentation. Toutefois, ce type d’alimentation présente un sérieux risque d’électrocution. Pour y remédier, nous avons créé une petite boite de Plexiglas par imprimante laser. Des trous sont présents sur les plaques pour permettre une certaine ventilation et pour laisser passer les câbles. N’ayant pas trouvé d’alimentation nous convenant dans le commerce, c’est M.Bouljroufi qui nous a fourni celle présente sur les photos.

Programmation

La partie de programmation a été assurée par les élèves de 4ème année. Ils ont réussi à créer plusieurs modes de jeux, disponibles à partir d’une seule interface. Pour faire le lien avec notre mur, il nous ont communiqué un code de test nous permettant de vérifier le bon fonctionnement de nos modules. Ce code est relativement simple : la LED s’allume à l’appui du bouton, et s’éteint lors d’un nouvel appui. Il suffit alors de transférer le programme sur les ESP32. Nous avons tout de même créé un nouveau programme afin de pouvoir jouer de la façon la plus ludique possible. Le nouveau programme présente un mode de jeu où des boutons vont s’allumer aléatoirement. D’abord en bleu, puis si aucun appui n’a été détecté la couleur deviendra verte, puis enfin rouge. Ainsi, si le mur est uniquement constitué de boutons de couleur rouge, le jeu est perdu. Le programme a été effectué sur Arduino.

Conclusion

Nous avons tous pris beaucoup de plaisir à travailler chaque semaine sur ce projet. Nous avons augmenté grandement nos compétences dans le domaine de l’électronique, la programmation ou encore le travail manuel. Finalement, nous regrettons seulement de ne pas avoir pu faire tout ce que nous souhaitions, l’objectif initial était d’effectuer 3 colonnes et non une seule pour créer vraiment un grand mur entier. L’objectif était également de faire fonctionner l’autre coté de la colonne pour créer une adversité entre les joueurs, nous voulions aussi connecter tous les ESP32 entre eux par WIFI et avoir des jeux plus ludiques. Notre principale satisfaction est de savoir que nous avons pleinement réussi à faire fonctionner une partie du mur, répéter le processus plusieurs fois pour l’agrandir n’aurait donc pas été un problème normalement. Tout au long du projet, la motivation et l’esprit d’équipe nous ont permis d’avancer sereinement sur notre mur. Certains moments étaient compliqués ou encore frustrants mais le résultat est bien là. Merci à toutes les personnes nous ayant aidé de près ou de loin sur ce projet.

Ci-joint notre compte rendu final sur le projet, si vous souhaitez en savoir plus sur notre aventure.

Compte_rendu_du_mur_interactif-2compte rendu final

Polytech Angers – Projets PEIP2

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

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