FICHE SYNOPTIQUE 2016

28/05/2016 15:49
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
BAILLY Corentin, 30867
Sujet Étude
:
de la stabilité d’un drone.
Travail effectué en groupe de 3 personnes : Canu Paul, Marcual Damien
Présentation:
Avec l’apparition de nouvelles technologies permettant de réduire considérablement la taille et les coûts de
fabrication de tout système embarqué, les drones, devenus plus accessibles au grand public, connaissent un essor
mondial. Les drones sont multitâches; ils peuvent être utilisés pour transporter des objets, prendre des photos
aériennes, accéder à des lieux dangereux pour l’homme, ou encore filmer des scènes dans le monde du cinéma. Dans
l’imagerie, les drones ont besoin d’être stables, si l’on souhaite un rendu visuel correct.
Objectif:
Comprendre et programmer l’asservissement en position d’un drone selon un axe, le modéliser sur un logiciel
adapté et comparer nos résultats de simulation avec une expérience sur une maquette simplifiée.
Démarche:
Dans un premier temps, nous avons décidé d’en savoir un peu plus sur les drones et sur l’aérodynamisme en général.
Par l’intermédiaire d’un professeur d’initiation à l’aéronautique, nous avons pu avoir accès à des documents sur
les phénomènes physiques qui gouvernent l’aéromodélisme. Nous avons ensuite rencontré un professionnel utilisant
régulièrement des drones, pour connaître ses attentes en matière de performances. Il nous vint alors l’idée
d’étudier la sensibilité aux perturbations d´un quadricoptère. Dans un but de simplification, notre étude ne
portera que sur un axe. Nous avons alors réfléchi à un montage, permettant de réaliser nos expériences et
d’effectuer les mesures envisagées. Nous avons opté pour un axe fixe, selon lequel deux moteurs équidistants de
part et d’autre pivotent. Le montage terminé, il a fallu programmer la carte de commande ; une carte Arduino,
permettant l’asservissement horizontal des 2 moteurs, et enfin, simuler la réponse de la maquette du drone sur
Scilab. Nous avons ainsi pu choisir le correcteur qui nous a paru le plus pertinent et ainsi comparer les résultats
théoriques et pratiques.
Plan :
I. Structure de la chaîne d´Asservissement
II.Différents Montages expérimentaux
III.Simulation avec scilab
IV. Programmation sur arduino
V.Comparaison théorique/expérience
Difficultés rencontrées:
Tout d’abord la mise en place du montage a été difficile. Nous avons été contraints de changer de carte de
commande (initialement carte Multiwii), d’apprendre à programmer sur Arduino, de nous adapter à un moteur difficile
à piloter (Brusless triphasé). Nous avons également subi les aléas liés à l’électronique et à des pilotes plus
ou moins compatibles avec les ordinateurs que nous utilisions pour programmer la carte.
Bilan :
Ce projet m’a
me suis rendu
comprendre et
vues en cours
permis de découvrir une technologie que je n’avais pas encore eu l’opportunité de rencontrer. Je
compte qu’avec rigueur et persévérance, un système qui paraissait de prime abord très compliqué à
à construire, pouvait être à notre portée. Enfin, j´ai eu plaisir à mobiliser les connaissances
sur un cas pratique et concret.
Sources et Contacts :
Bibliographie :
MÉCANQUE DU VOL, A.C KERMODE /édition modulo
MÉCANIQUE DU VOL DE L’AVION LÉGER, S. BONNET, J. VERRIERRE /édition sépaduès
Internet :
Analyse expérimentale et modélisation du fonctionnement d’hélices de drones, thèse de R.BARENES, 1999
Cours sur les moteurs électriques, Lycée R. GARNIER
Contacts :
Mr BOUVIGNY, Professeur d’initiation à l’aéronautique, qui nous a fournis les documents de la bibliographie
Mr Pyrhée, directeur de l’entreprise CINÉMAÉRIEN, productrice de vidéos, montages tournés avec des drones, pour
industriels.
Mr P. GUTIERREZ, pilote de compétition de drones.
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
BENEUX Alexis, 30071
autonome d’un véhicule
Sujet Stationnement
:
Travail effectué en groupe de 2 personnes : Jolly Hugo
Présentation:
Le système d´aide au stationnement fait désormais parti du quotidien de nombreux conducteurs. Révolutionnant
les manoeuvres tel que le créneau, il permet au conducteur de garer sa voiture sans que celui−ci n´ait besoin de
tourner le volant. Agissant à partir de capteurs à ultrasons installés sur les pare−chocs de la voiture, ce
système pilote la direction de manière autonome pendant que le conducteur s´occupe de la vitesse du véhicule et
des freins en cas d´urgence. Nous nous sommes donc intéressés à ce système et plus particulièrement à la manoeuvre
du créneau.
Objectif :
Reproduire un système d´aide au stationnement pour la manoeuvre du créneau à partir d´une étude cinématique
et de simulations informatiques.
Démarche :
Le secret professionnel devant être préservé, la recherche d´informations auprès de grands groupes automobiles
fut peu satisfaisante. C´est pourquoi nous avons décidé de construire notre propre système de stationnement à
partir d´une voiture radioguidée tout en essayant d’être le plus fidèle à ceux présents sur le marché de
l´automobile.
Grâce à une carte de commande Arduino, d´un servomoteur et d´un moteur à courant continu, nous avons pu
mettre en place plusieurs expériences visant à quantifier les écarts entre la réalité et les simulations
informatiques réalisées avec Python, s´appuyant sur une étude cinématique.
Par la suite, nous avons intégré les capteurs à ultrasons et les avons pris en compte dans la programmation
de cette manoeuvre. Munie de ces capteurs, la voiture peut détecter une place de parking dans une file de voitures
et se garer sans intervention humaine tout en détectant les éventuels obstacles comme les piétons.
Plan :
I) Modèle adopté
−> Etude cinématique
−> Simulations informatiques
−> Mise en place d´expériences simples
II) Mise en place du système d´aide au stationnement
−> Installation des capteurs
−> Programmation de la manoeuvre
−> Mise en pratique
III)
−>
−>
−>
Résultats et critique du modèle
Quantification des écarts avec la théorie
Prise en compte d´autres paramètres
Perspective d´amélioration du modèle
Bilan :
Ce TIPE a pour moi été très enrichissant dans le sens où la mobilisation de mes connaissances a été
nécessaire pour mener à bien les différentes expériences mises en place. De plus, cela m´a donné un avant−goût
de ce qu´est le travail d´un ingénieur : travailler en groupe afin d´établir un modèle expérimental, le valider
ou le modifier au vu des résultats expérimentaux obtenus.
Bibliographie :
−> Georges Asch et collaborateurs, Les capteurs en instrumentalisation industrielle, Dunod, Paris, 1991
−> Harold Timmis, Practical Arduino Engineering, Technology in action, 2011
−> Michael McRoberts, Beginning Arduino, Technomogy in action, 2013
−> http://home.mis.u−picardie.fr/~fabio/Teaching.html (cours de M. Morbidi)
−> http://www.caradisiac.com/Video−le−park−assist−stationner−en−premiere−classe−95766.htm
−> https://www.arduino.cc/ (tutoriels pour la programmation)
Contacts:
−>
et
−>
−>
MORBIDI Fabio (professeur de robotique), Maître de conférences, Laboratoire M.I.S (Modélisation, Information
Systèmes), Université de Picardie Jules Verne
Groupe Mercedes Benz (documentation)
Groupe PSA Peugeot−Citroën (documentation)
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
BOBET Corentin, 24500
optique d’un bus
Sujet guidage
:
Travail effectué en groupe de 2 personnes : KENLER Valentin
BOBET CORENTIN
Sujet:
Guidage optique d’un bus.
Introduction:
Les bus de ville, pour permettre le transports de tout les passagers doivent être adaptées pour faciliter la
montée des personnes en fauteuils roulant ou équipées de poussette par exemple. Constitué d’une partie motrice
et d’une "remorque", le bus articulé est asservis en position pour que les portes du bus (deux sur la partie
motrice, deux sur la remorque) soient a moins de 5cm du quai. Pour cela ils sont munis d’un système de guidage
optique et doivent suivre un repère au sol.
Objectifs:
L’objectif de notre TIPE a été de modéliser sous Scilab un bus articulé pour étudier la précision de
l’asservissement lors de l’arrivée en station. De plus une maquette a été réalisée afin de valider notre modèle
numérique.
Démarche:
−Recherche d’un contact pour nous informer sur ce système de guidage spécifique
−Recherche d’une modélisation adéquat, notamment pour le choix des capteurs et de leur positions, et des
composants nécessaire
−Réalisation de la maquette d’un bus articulé, et du système de guidage avec une voiture téléguidé munie d’un
servomoteur piloté par un microcontrôleur Arduino, d’un remorque en bois et de nos capteurs
−Réalisation d’une simulation numérique sous Scilab
−Réalisation d´expérience avec la maquette
Bilan:
La réalisation de ce TIPE m’a permis d’avoir une démarche d´ingénieur dans la mise en oeuvre d’un projet, avec
des contraintes strictes de précision et des moyens limités. Les problèmes rencontrés dans la simulation numérique
et la réalisation pratique de notre modèle nous on placés dans une situation concrète d´élaboration d’un projet
Bibliographie:
−Document sur les bus articulé de Rouen
−John−David Waren, Josh Adams et Harald Molle; Arduino Robotics; Technologie in action; Chapitre 4
−Brian Evans; Beginning Arduino Programming; Technologie in action
−Michael McRoberts; Beginning Arduino 2nd Edition; Technologie in action; Chapitre 3, 9, 10
Sitographie:
−http://www.manuel−esteban.com/arduino−capteur−de−luminosite/
−http://www.pobot.org/Asservissement−d−un−moteur−a.html
−http://www.worldofgz.com/electronique/piloter−servo−moteur−larduino/
Contact:
−HOLSTEIN Sébastien, responsable grand projet à TCAR (Transports en commun de l’agglomération rouennaise)
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
BOCHÉ Alphonse, 1380
de la masse du TMD sur la mise en résonance des immeubles
Sujet L’influence
:
Introduction:
Du fait de plusieurs critères, tels le besoin de place ou la concurrence internationale, les constructions
tendent à toujours s’élever (comme le projet en arabie saoudite avec une tour devant s’élever à plus de 1km de
hauteur, devançant de 108m la plus haute tour du monde actuelle, située à Dubaï et qui mesure 830m de hauteur....)
Toutefois, plus une structure est imposante, et plus le besoin de la protéger est importante. Face aux dangers
que représentent les séismes, détruisant de nombreuses villes, ou le vent, il faut alors réussir à empêcher tout
risque pour le bâtiment. Nous nous intéresserons donc au rôle du TMD (Tuned mass damper ou amortisseur de masse)
dans cette prévention.
Comment ajuster dans ce cas au mieux la masse du TMD pour l’amortissement ?
Plan:
I/ Aspect théorique
II/ Exemple rudimentaire d’une structure possédant un pendule en amortisseur
III/ Exemple plus technique avec un appui sur scilab
Démarche :
En premier lieu, j’ai essayé de créer un modèle de bâtiment possédant un TMD, mais heurté aux difficultés
de la réalisation (dimensionnement, fragilité dues aux secousses..), je me suis ramené à un cas plus simple avec
un pendule rattaché au sommet d’une structure oscillante, et en ajustant au mieux la masse par visualisation des
amplitudes à fréquence donnée.
Pour avoir un meilleur résultat, je me suis rapproché de l’entreprise 3R qui confectionne des outillages
pour des centres de recherches, dont l’un des appareils réalisaient ma maquette. Par comparaison à la théorie
appliquée dans un programme de scilab, j’ai pu comparer l’écart avec la réalité sur l’appareil.
Conclusion :
Bien qu’il s’agisse d’exemple assez simple, il est évident, au regard de certaines thèses sur ce domaine,
qu’une véritable étude prendrait en compte un nombre conséquent de paramètres, et surtout sur un modèle théorique
beaucoup moins simplifié.
Ce sujet m’a beaucoup intéressé du fait du réel enjeu que représente la prévention sismique dans certains
pays comme le Japon ou les USA mais également car il se rapproche de ce que je voudrais étudier en école
d’ingénieur.
Sources :
−http://dspace.univ−tlemcen.dz/bitstream/112/4220/1/HICHAM.pdf
−http://www.planseisme.fr/IMG/pdf/Polycopie_de_conception_niveau_technicien.pdf
−Christophe SAGNES de l’entreprise 3R (05−63−66−52−80)
−sujet Mines−Ponts MP Physique II 2007
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
BONNARD Hervé, 2576
d’un système bielle−manivelle.
Sujet Équilibrage
:
Travail effectué en groupe de 3 personnes : Gosselin Cédric ; Fatmi Yanis
Titre : Optimisation de l´équilibrage dynamique d´un mécanisme
Introduction:
L´équilibrage est une qualité essentielle pour les mécanismes dont les pièces ont des mouvements rapides, car
elle permet de prolonger la durée de vie des systèmes en réduisant les vibrations, et d´améliorer le confort des
utilisateurs. J´ai centré mon étude sur le système bielle−manivelle, notamment présent dans les moteurs à
explosions, avec l´étude concrète d´une scie égoïne électrique.J´ai donc analysé l´équilibrage réalisé sur
le système commercialisé puis j´ai cherché des pistes d´amélioration.
Démarche:
Dans un premier temps, j´ai réalisé une modélisation sur SolidWorks du mécanisme dans le but de faire une étude
dynamique et accéder aux valeurs des efforts transmis à l´utilisateur. J´ai pu observer et comprendre pourquoi
les efforts longitudinaux sont prédominants. J´ai donc décidé de focaliser mon étude sur ceux−ci. J´ai ainsi pu
comparer les résultats de simulation à une étude analytique simplifiée. De plus, j´ai pu mettre en évidence la
nécessité d´un équilibrage en comparant les résultats obtenus sans équilibrage avec les normes en vigueur.
Dans un second temps, j´ai étudié l´équilibrage qui a été effectué afin de minimiser les efforts longitudinaux
sur le système. Une masselotte se déplaçant dans une direction opposée au coulisseau a été utilisée. J´ai cherché
à retrouver la valeur de cette masse et à comprendre la forme particulière que les concepteurs ont choisie. Ce
faisant je me suis rendu compte qu´avec les choix effectués, l´équilibrage ne peut être parfait. J´ai ensuite
fait de même avec un autre ensemble de pièce qui inclue la manivelle.
Enfin, suite à la rencontre avec M. Meyer, j´ai cherché à modifier l´équilibrage proposé en cherchant d´autres
solutions constructives qui permettraient un équilibrage longitudinal plus performant. S´est alors posé la
faisabilité et le coût de ces solutions alternatives.
Plan:
I.Étude du système sans équilibrage
II.Étude de l´équilibrage de Bosch
III.Optimisation de l´équilibrage
Conclusion, Bilan:
Mon étude m´a permis de reproduire la démarche d´un ingénieur pour équilibrer un système, tout en mettant en
avant les limites des procédés utilisés usuellement. En effet, ces derniers sont conçus dans un esprit de
rendement, qui n´est pas présent dans ma recherche d´un équilibrage optimal. Mes solutions sont donc parfois
trop coûteuses pour être performantes ou ne pouvaient répondre à certaines fonctions du produit. Cela m´a permis
de prendre conscience des compromis nécessaires que doit faire un ingénieur face à un cahier des charges fixant
des limites convenables, dépendant des normes en vigueur.
Bibliographie:
−GRIFFIN M. Encyclopédie de sécurité et de santé du travail, section VI, chapitre 50 : les vibrations, 2001
−MERY B. Vibrations et travail : expositions pathologiques, mesures, prévention, présentation du Groupe d´Étude
Multidisciplinaire en Santé au Travail de L´Oise (GEMSTO), 2006
−SWOBODA B. Techniques de l´ingénieur: Équilibrage des machines alternatives, 1999
Contact:
−André Meyer, Professeur à l´INSA de Rouen spécialiste en engrenages
−Briens Dominique, ingénieur de la société Éole Assistance, spécialisée en maintenance prédictive et équilibrage
de ventilations industrielles
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
CANU Paul, 14220
de la stabilité d’un drone.
Sujet Etude
:
Travail effectué en groupe de 3 personnes : BAILLY Corentin, MARCUAL Damien
Motivation :
Les drones sont en pleine évolution dans leurs utilisations (prises de vues aériennes, surveillance civile ou
d´urgence, études scientifiques, etc.) et leur omniprésence dans notre vie quotidienne tend à s´affirmer. Nous
avons donc voulu nous intéresser à leur fonctionnement.
Etant donné que nous possédions un quadricoptère, nous avons eu envie d´utiliser ce système pour en faire une
étude dynamique, en lien avec le thème proposé.
Problématique :
Comment assurer la stabilité d´un quadricoptère grâce à une rétroaction ?
Démarche :
Notre but a été de reconstruire l´asservissement du système en notre possession sans utiliser tous les capteurs
de celui−ci, parfois inexploitables, ainsi que son programme original, inaccessible.
Par souci de simplification, nous avons limité notre étude à un axe de rotation (correspondant au roulis).
Pour cela, nous avons construit un système à la manière d´une balançoire à bascule : une tige en métal, avec
un ensemble moteur / hélice à chacune de ses extrémités, pivotant en son milieu autour d´un axe qui lui est
perpendiculaire. Les moteurs sont pilotés grâce à une carte Arduino UNO équipée de contrôleurs de vitesse adaptés
aux moteurs brushless, appelés ESC. Nous utilisons comme seul capteur pour notre structure un potentiomètre dont
le curseur est solidaire de l´axe en rotation, en remplacement du gyroscope, de l´accéléromètre ainsi que du GPS
et du magnétomètre de la carte d´origine (DJI NAZA).
Dans un premier temps, nous avons cherché à modéliser la chaine d´asservissement complète du système simplifié.
Différentes expériences ont alors été nécessaires afin de déterminer les fonctions de transferts manquantes entre
chacune des grandeurs (détermination de l´inertie du montage, de la poussée des hélices en fonction de leurs
vitesses de rotation ou encore de la fonction de transfert de l´ensemble ESC + moteur brushless).
Nous avons alors pu déterminer les réglages du correcteur de cette boucle d´asservissement grâce à la modélisation
obtenue, en nous imposant un cahier des charges réaliste en matière de performances. Enfin, nous avons comparé
nos résultats à la réaction réelle du système en créant le programme d´asservissement de notre maquette.
Plan de l´exposé :
1− Présentation du système simplifié
2− Expérimentations
3− Etude comparative
Bilan Personnel :
Ce projet m´a permis de réaliser un certain nombre de montages, à la fois mécaniques et électriques, ainsi que
des programmes informatiques dans un langage nouveau pour moi, le C++.
De plus, celui−ci m´a fait découvrir de nouvelles technologies, telles que les ESC, et permis d´en manipuler
certaines à la limite de notre programme (moteurs synchrones brushless).
Grâce à cette étude, j’ai également pu m’investir dans la démarche adoptée par un ingénieur face à un problème.
Bibliographie :
− Barnard R.H., Mechanics of flight, A.C Kermode, 2012
− Bartmann E., Le grand livre d´Arduino, Eyrolles, 2015
− Bonnet S., Verrière J., La mécanique du vol de l´avion léger, Cepadues, 2006
− Botton F., Les drones de loisir, Eyrolles, 2015
− Hérissé B., Asservissement et navigation autonome d´un drone en environnement incertain par flot optique, thèse
de doctorat (Nice−Sophia Antipolis), 2011
− https://www.arduino.cc/en/Reference/Libraries
− http://www.moteurindustrie.com/brushless/technique.html
− http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uploads/811103388X7478X20.pdf
Contacts :
− M. Gutierrez (Pilote F3C & F3N / Drones) nous a livré ses connaissances sur le pilotage d´un aéronef télécommandé
ainsi que sur les différents réglages possibles.
− M. Pyrhée (Fondateur de Cinémaérien) nous a renseigné sur les drones et technologies utilisés dans le domaine
de la prise de vue aérienne, où la stabilité est primordiale.
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
FATMI Yanis, 34242
d’un système bielle−manivelle
Sujet Equilibrage
:
Travail effectué en groupe de 3 personnes : GOSSELIN Cédric BONNARD Hervé
Introduction
L´équilibrage
une meilleure
concentré mon
être utilisés
dynamique d´outillages à main est primordial pour les ingénieurs, il permet une meilleure stabilité,
précision, une plus longue durée de vie des pièces et améliore le confort de l´utilisateur. J´ai
étude sur une scie égoïne Bosch animée par un bielle−manivelle et cherché quels moyens pouvaient
pour atténuer les vibrations du système.
Démarche
I Sans équilibrage
Dans un premier temps, j´ai fait l´étude dynamique de la scie non équilibrée et j´ai obtenu par une simulation
Solidworks (Meca3D) et une méthode analytique les vibrations provoquées par le système−bielle manivelle. On
remarque que l´effort résultant des vibrations est bien au−delà des normes de sécurité et peut affecter
dangereusement l´utilisateur (troubles musculaires).
II Equilibrage Bosch
Dans un second temps, j´ai analysé les équilibrages statiques et dynamiques fait par Bosch. Grâce à l´ajout d´une
masse d´équilibrage en opposition de phase avec la lame de la scie et à la forme caractéristique de la masse,
Bosch a réussi à contrer une partie des efforts vibratoires et des moments créés. Cependant, j´ai remarqué que
la came utilisée pour mouvoir la masse ne permettait qu´un mouvement sinusoïdal de celle−ci alors que le mouvement
à contrer ne l´est pas (bielle−manivelle). Le système équilibré produit alors moins de vibrations et respecte
les normes.
III Optimisation de l’équilibrage
J´ai alors voulu trouver l´équilibrage optimal pour ce système, en cherchant d´abord à optimiser la masse de la
masselotte. Ensuite, j´ai adapté la loi de mouvement de la masselotte (par modification de l´enveloppe de la
came) à celle de la lame pour contrer au mieux les efforts dans la direction de sciage. Or, la came obtenue ne
possède pas de double contact permanent donc la solution est difficilement applicable. J´ai finalement recherché
d´autres système pour la scie ayant la particularité d´être plus facilement équilibrable comme le système
came−plateau.
Bilan
Mon étude m´a permis d´être confronté aux problèmes que rencontrent les ingénieurs pour optimiser l´équilibrage
de mécanismes. J´ai suivi la démarche des concepteurs avec un point de vue critique sur les choix de Bosch. Ces
derniers ne permettent pas un équilibrage parfait mais sont conçus dans un esprit d´optimisation et de rendement
tout en respectant les normes, alors que mes solutions permettent d´approcher l´équilibrage optimal dans une
direction sans se soucier des coûts de production. Ainsi, le caractère optimal de l´équilibrage est relatif et
c´est le caractère suffisant, dépendant des exigences du cahier des charges, qui est le plus recherché.
Bibliographie, Sitographie
−Carine ALAUZE, Equilibrage actif des machines tournantes : Application aux grandes lignes d´arbre, Thèse présentée
en 1998 à l´INSA de Lyon
−Michael J. GRIFFIN, Encyclopédie de sécurité et de santé au travail du Bureau International du Travail, Chap.
50 − Les Vibrations, initiée en 1930
−Yasser ALDIEN, Paul−Émile BOILEAU, Jérôme BOUTIN, Pierre MARCOTTE, Subhash RAKHEJA, Rapport sur le contrôle des
vibrations main−bras engendrées par l´opération d´outils portatifs vibrants, 2006, ISBN 13 : 978−2−89631−056−2
−Bernard MÉRY, Vibrations et travail : expositions pathologies, mesures, prévention, Présentation du GEMTO du
11 Avril 2006 au Conservatoire National des Arts et Métiers
−Foued LANDOLSI, Technique de surveillance , Disponible sur :
www.technologuepro.com/Mecanique/Maintenance/Technique−de−surveillance/Etude−des−principaux−defauts.pdf
−Bernard SWOBODA, Mécanique des moteurs alternatifs, Chap. Equilibrage des machines alternatives, 1 Janvier 1984,
ISBN :2−7108−0458−1 (br.) : 240 FRF
Contacts
−André MEYER, Professeur à l´INSA de Rouen spécialiste des engrenages et cames.
−Dominique BRIENS, Ingénieur et fondateur de la société EOLE Assistance
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
GOSSELIN Cedric, 14378
dynamique
Sujet Equilibrage
:
Travail effectué en groupe de 3 personnes : Bonnard Hervé Fatmi Yanis
Optimiser l´équilibrage dynamique
Introduction :
L´équilibrage dynamique est une notion essentielle dans les mécanismes « rapides » car il permet de prolonger
la durée de vie des systèmes en réduisant les contraintes que subissent les pièces. De plus, la réduction des
vibrations permet d´améliorer le confort d´utilisation et de réduire la pollution sonore. J´ai concentré l´étude
sur le système bielle manivelle avec l´étude concrète d´une scie égoïne électrique. Ainsi,quel serait
l´équilibrage optimal pour un tel système ?
Démarche, Étude :
1)Etude des vibrations de la scie Bosch dans la direction de l´axe du coulisseau
−Approche expérimentale : tracé des lois de mouvement du coulisseau et de la masselotte mais problème de précision
−Etude théorique de ces lois de mouvement pour connaître l´expression des efforts engendrés par le système
−Etude numérique, avec le logiciel de modélisation SolidWorks, des efforts selon l´axe du coulisseau
−Equilibrage dynamique des pièces en rotation : étude des moments créés par la scie
Un équilibrage parfait du système est impossible avec la masselotte mise en place par Bosch car les lois de
mouvement de la masselotte et du coulisseau sont respectivement sinusoïdale et non sinusoïdale.
2)Optimisation de l´équilibrage: étude d´une solution particulière
−Modification de la loi de mouvement de la masselotte
−Création de la came spécifique à cette loi avec Python
−Optimisation de la masse de la masselotte
Un équilibrage parfait de la scie selon l´axe du coulisseau est théoriquement possible avec la nouvelle came.
3)Résultats pratiques : limites de la solution et autres alternatives
−Problème de symétrie de la came, difficulté de la réalisation pratique
−Condition nécessaire : respect des normes européennes et non annulation des vibrations
−Modification de la loi de mouvement du coulisseau : équilibrage pouvant être parfait mais ne permettant pas un
mouvement pendulaire de la lame
Bilan :
L´étude m´a permis d´utiliser une démarche scientifique pour équilibrer un système, tout en critiquant les
solutions retenues par Bosch. En effet, ces dernières sont conçues dans un esprit de réduction des coûts et de
rendement, qui n´a pas été pris en compte dans notre recherche de solution, où le seul but était l´optimisation
de l´équilibrage. La solution était donc difficilement applicable et trop coûteuse pour être performante. De
plus, la scie doit respecter les normes et non ne pas émettre de vibrations. Cela m´a permis de prendre conscience
des besoins industriels et de la nécessité de procéder à des compromis dans le respect du cahier des charges.
Bibliographie:
Ouvrages :
−LYONNET P.Fiabilité, diagnostique et maintenance, 2012
−SWOBODA B. Equilibrage des machines alternatives, 1989
Ressource internet :
−FOUED L. Cours de technique de surveillance : étude des principaux défauts disponible sur
www.technologuepro.com/Mecanique/Maintenance/Technique−de−surveillance/Etude−des−principaux−defauts.pdf
Rapport :
−MARCOTTE P. Contrôle des vibrations main−bras engendrées par l´opération d´outils portatifs vibrants,
2006
Contacts :
−Meyer André, Professeur à l´INSA de Rouen spécialiste en engrenages
−Briens Dominique, technicien de la société Eole assistance, spécialisée en équilibrage de ventilation industrielle
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
JOLLY Hugo, 37421
autonome d’un véhicule.
Sujet Stationnement
:
Travail effectué en groupe de 2 personnes : Beneux Alexis
Présentation :
La robotisation des systèmes est aujourd’hui en plein essor pour accomplir certaines tâches. C’est ainsi que
de nouveaux véhicules autonomes arrivent sur le marché. Un système d’aide au stationnement est désormais disponible
chez de nombreux concessionnaires. Fonctionnant à partir de capteurs à ultrason, les véhicules sont désormais
capables de repérer une place dans une file de voiture et de se piloter automatiquement pour se garer en créneau.
Nous nous sommes donc intéressés à ce système pour notre projet.
Objectif :
A partir d’une étude cinématique et de simulations informatiques, l’objectif est de reproduire ce système
sur un modèle réduit pour une manoeuvre de stationnement en créneau dans une file de véhicules.
Démarche :
A cause du secret professionnel la recherche d’informations sur le système fut compliquée. Nous avons choisi
d’utiliser un ancien 4x4 radioguidé pour mener notre projet. Nous avons commencé par faire une étude cinématique
pour créer des programmes informatiques qui permettent de simuler la manoeuvre de stationnement. Muni d’une carte
de commande Arduino, nous avons pu contrôler en boucle ouverte le moteur à courant continu qui motorise le
déplacement du véhicule et le servomoteur relié à la direction. Ceci nous a permis de mettre en place la manoeuvre
et ainsi comparer théorie et résultats expérimentaux.
Puis nous avons étudié les capteurs à ultrason pour pouvoir les utiliser sur notre modèle réduit. Ceux−ci
installés, nous avons programmé la carte Arduino pour que le véhicule puisse détecter une place adaptée quand
il parcourt une file de voiture. Ainsi, le véhicule peut se garer tout seul en créneau tout en détectant d’éventuels
obstacles.
Plan :
1) Choix du modèle
−Étude cinématique
−Simulations informatiques
−Caractéristiques de la manoeuvre pour le modèle
2) Mise en place du système d’aide au stationnement
−Installation des composants
−Programmation (servomoteur, moteur à courant continu, capteurs à ultrasons)
−Mise au point et exploitation
3) Résultats expérimentaux et limites du modèle
−Comparaison théorie et expérience
−Paramètres supplémentaires à prendre en compte
−Amélioration du modèle
Bilan :
Ce TIPE m’a permis d’avoir un premier aperçu du travail d’ingénieur dans la prise en charge d’un problème
concret. Ce travail en collaboration fut très enrichissant et a été l’occasion de mettre en pratique les
connaissances acquises mais aussi de découvrir d’autres choses comme la programmation sur Arduino.
Bibliographie :
−http://home.mis.u−picardie.fr/~fabio/Teaching.html (cours de M.Morbidi)
−http://www.caradisiac.com/Video−le−park−assist−stationner−en−premiere−classe−95766.htm
https://www.arduino.cc/ (tutoriels pour la programmation)
−Georges Asch et collaborateurs, Les capteurs en instrumentation industrielle, Dunod,Paris,1991
−Harold Timmis, Practical Arduino Engineering, Technology in action, 2011
Contacts :
−MORBIDI Fabio, maître de conférences, laboratoire M.I.S, université de Picardie Jules Verne
−Groupe Mercedes Benz (documentation)
−Groupe PSA Peugeot−Citroën (documentation)
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
KENLER Valentin, 11708
de ligne par guidage optique
Sujet suivi
:
Travail effectué en groupe de 2 personnes : BOBET Corentin
SUIVI DE LIGNE PAR GUIDAGE OPTIQUE
Présentation :
Afin de rendre les transports accessibles à toute la population y compris les personnes à mobilité réduite ou
celles équipées de poussettes, il est indispensable de poursuivre l’innovation dans le domaine des transports
en commun. Ainsi, la ville de Rouen est munie de bus (TEOR) qui utilisent un guidage optique dans le but de se
ranger correctement en station tout en assurant la sécurité des utilisateurs. Les bus sont équipés de capteurs
optiques qui permettent de suivre une ligne tracée sur la route. Les conducteurs laissent ainsi le bus se garer
tout seul afin qu’il soit stationné à une distance précise et très proche du quai permettant à tous les usagers
d’avoir un accès facilité. De plus, les bus étant articulés, il est nécessaire de s’assurer que la deuxième
partie suive bien la ligne également.
Objectif :
L’objectif de notre T.I.P.E. a été l’étude du mécanisme des bus de TEOR et de leur comportement lors de l’arrivée
en station. Nous avons réalisé une maquette afin de modéliser un bus articulé et lui faire suivre une ligne en
utilisant un guidage optique.
Démarche :
Nous avons commencé par contacter un ingénieur de la société TCAR (société qui exploite les bus) pour obtenir
des informations relatives à la technologie utilisée.
Puis nous avons collecté des données pour pouvoir reproduire le système du bus.
Nous avons ensuite débuté la réalisation de la maquette de notre véhicule à l’aide d’une voiture télécommandée
que nous avons modifiée afin de pouvoir y insérer un servomoteur pour piloter la voiture et une remorque,ce qui
permet d’avoir une maquette ayant un fonctionnement proche du modèle réel.
Nous nous sommes, par la suite, intéressés à la façon dont nous allions positionner les capteurs.
Nous avons poursuivi en réalisant une ligne afin de simuler l’arrivée du bus en station et ainsi faire fonctionner
notre maquette.
Avec notre modèle, nous avons reproduit l’expérience d’un bus qui se présente au quai.
Notre dispositif exploite les données obtenues par les capteurs et utilise une carte Arduino permettant de
contrôler le servomoteur.
La modélisation de notre système à l’aide de Scilab a permis d’obtenir des résultats théoriques sur le
positionnement du bus en approche de station que nous avons comparés aux résultats de notre expérience.
Bilan :
Ce T.I.P.E. m’a permis de me confronter à la réalisation d’un projet et à l’étude d’un mécanisme. Nous avons
rencontré de nombreux problèmes lors de l’élaboration de notre maquette ce qui nous a obligé à réfléchir et à
rechercher de nouvelles voies afin de modéliser au mieux le bus articulé et son fonctionnement réel. De même,
la recherche du positionnement des capteurs a été source de difficultés. De plus, j’ai aussi utilisé de nouveaux
outils tels que Arduino.
Bibliographie :
−Michael McRoberts, Beginning Arduino Second Edition, Technology in action, chapitres 3,9 et 10.
−Brian Evans, Beginning Arduino Programming, Technology in action, quelques passages.
−John−David Warren, Josh Adams and Harald Molle, Arduino Robotics, Technology in action, chapitre 4.
Sitographie :
−http://www.manuel−esteban.com/arduino−capteur−de−luminosite/
−http://www.pobot.org/Asservissement−d−un−moteur−a.html
−http://www.worldofgz.com/electronique/piloter−servo−moteur−larduino/
Contact :
−HOLSTEIN Sebastien, responsable grands projets TCAR
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
MARCUAL Damien, 16276
Sujet La
: stabilité d’un drône
Travail effectué en groupe de 3 personnes : CANU Paul, BAILLY Corentin
Étude de la stabilité d’un drone.
Thème : Organisation, complexité, dynamique.
Présentation / Introduction :
La stabilité d’un drone est l’une des principales problématiques pour la prise de photographies aériennes. Des
nacelles gyroscopiques, portant l’appareil photographique, permettent de palier ce problème avec un asservissement
de position angulaire de ce dernier qui reste horizontale pendant la prise de films ou photographies. N’en
disposant pas, nous avons décidé de créer un asservissement sur notre modèle de drone quadricoptère afin d’améliorer
sa stabilité. De plus, il serait difficile d’envisager l’étude en tenant compte de deux axes de rotation (roulis,
tangage), nous l’avons simplifier autour d’un seul..
Objectifs / Démarche :
Construire un système de balançoire contenant deux moteurs Brushless à chaque extrémité. Établir un schéma−bloc
qui permettra de concevoir un asservissement de position angulaire. Étudier le modèle théoriquement sur Scilab
afin d’optimiser des réglages théoriques pour l’asservissement de position angulaire. Développer un programme
avec Arduino pour intégrer un correcteur sur notre modèle réel. Comparer les réglages théoriques développés sur
Scilab et les réglages utilisés pour le modèle réel. En conclure sur les performances de cet asservissement.
Plan :
0) Présentation de notre modèle.
1) Modèle sur Scilab : Présentation du schéma−bloc.
2) Expériences : Recherche des relations manquantes dans le schéma−bloc, mise en oeuvre des expériences, résultats.
3) Programme Arduino : résultat obtenu avec ce programme pour notre modèle réel.
4) Comparaison des trois modèles, notre modèle réel, notre modèle théorique sur Scilab, un vrai modèle de drone
quadricoptère.
5) Conclusion
Bibliographie / Webographie :
http://www.multi−rotor−fans−club.com/
A.C. Kermode, Mécanique du vol.
Serges Bonnet/ Jacques Verrière, La mécanique du vol de l’avion léger.
Dominique Jacob, Moteurs à courant alternatif : asynchrone et brushless.
Massimo Banzi, Démarrez avec Arduino.
Contacts :
−Mr.BOUVIGNY. Professeur de physique et d’initiation à l’aéronautique qui nous a fournit des documents.
−Mr.P.Gutierrez, pilote professionnel de drones et d’hélicoptères radiotélécommandés.
−Entreprise Cinémaérien, qui a nous présenté leur matériel et leur approche du réglage de l’asservissement.
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
PREVEL Guillaume, 32679
de l’énergie houlomotrice : autour du projet SEAREV
Sujet Récupération
:
Travail effectué en groupe de 2 personnes : Quesnel Clément
Présentation :
Tandis que les demandes énergétiques ne cessent d´augmenter à travers le monde, les énergies fossiles s´épuisent
rapidement. Cette situation impose alors le développement et l´exploitation des énergies renouvelables. C´est
dans ce contexte que nous nous sommes intéressés à la récupération de l´énergie houlomotrice. Le domaine océanique
représente en effet un énorme potentiel mais il est encore peu exploité faute de systèmes performants et de coûts
importants de production. Quelques projets se montrent néanmoins prometteurs tels que le projet Pélamis initié
en Ecosse ou encore le projet SEAREV que nous avons décidé d’étudier.
Objectif :
L´objectif de notre T.I.P.E. a été l´étude du projet SEAREV développé par le laboratoire de mécanique des
fluides de l´école Centrale de Nantes. Notre problématique est alors la suivante: Comment procède le système
SEAREV pour récupérer l’énergie houlomotrice ?
Démarche :
Nous avons tout d´abord fait des recherches sur le système pour comprendre son fonctionnement. Nous avons alors
contacté M.Alain Clément, chef du projet, qui nous a fournis une solide documentation sur le mécanisme. Nous
avons ensuite mené une étude théorique sur les différents paramètres modifiant la loi de mouvement du système
suite à une excitation sinusoïdale. Des simulations numériques nous ont permis d´évaluer la puissance moyenne
développée en fonction de différents paramètres tels que la masse où l´inertie. Enfin, nous avons mené une étude
expérimentale par l´élaboration d´une maquette simplifiée du système couplé à une génératrice de moteur à courant
continu pour relever la tension de sortie en fonction de différentes excitations. Nous pensions modéliser la
houle à l´aide d´une plateforme six axes mais les performances de cette machine ce sont révélées insuffisantes
(phénomènes de saturation).
Plan :
I/ Présentation du système SEAREV
II/ Étude théorique
III/ Exploitation du modèle expérimental et étude de ses limites
Bilan :
Le T.I.P.E. m´a permis de me confronter à la rigueur nécessaire à l´élaboration d´une étude scientifique
structurée. Il s´est révélé enrichissant d´un point de vue théorique mais également pratique : la limite des
moyens disponibles a certes été un frein mais nous a incité à repenser et à optimiser notre modèle.
Sitographie :
http://www.semrev.fr
http://www.ec−nantes.fr/version−francaise
Bibliographie :
− A. Babarit , Thèse de doctorat (Nantes) : "Optimisation hydrodynamique et contrôle optimal d’un récupérateur
d’énergie des vagues", 2005
− A. Babarit, A. Ben Ahmed, "Simulation of electricity supply of an Atlantic island by offshore wind turbines
and wave energy converters associated with a medium scale local energy storage ", publié dans Renewable
Energy, Vol 31, 2006
− A. Babarit, A.H. Clément, "Optimal Latching Control of a Wave Energy Device in Regular and Irregular
Waves, Applied Ocean Research ", Vol 28, 2006
Contact :
−Alain Clément, Directeur du laboratoire de mécanique des fluides de l´école Centrale de Nantes.
FICHE SYNOPTIQUE 2016
Impression lycée
QUESNEL Clement, 738
Houlomotrice à travers le projet Searev
Sujet L’énergie
:
Travail effectué en groupe de 2 personnes : Prevel Guillaume
Introduction :
Comme les réserves d’énergies fossiles s’épuisent, il est nécessaire,pour satisfaire la demande croissante
d’énergie, de développer de nouvelles méthodes de productions énergétiques. Parmi les énergies renouvelables,
la houle peut être une solution comme en Ecosse où elle est exploitée grâce à la Centrale d’Islay. Sa récupération
peut prendre différentes formes, notamment à l’aide d’une roue pesante développée dans le projet SEAREV. Lorsque
celle−ci est confrontée à la houle elle a un mouvement pendulaire dont on peut récupérer l’énergie.
Objectif :
L’objectif de notre T.I.P.E a été l’étude théorique et expérimentale d’un système permettant la
récupération de cette énergie : Le projet SEAREV, développé par le laboratoire de mécanique des fluides de
Centrale Nantes. Notre étude a été centrée autour de la problématique suivante : Comment récupérer l’énergie
houlomotrice grâce au prototype SEAREV?
Démarche :
Nous avons commencé par recueillir différentes informations afin de nous documenter sur ce système, puis nous
avons contacté Alain Clément afin d’obtenir des informations plus détaillées sur le projet. Ensuite nous avons
mené une étude théorique permettant de mettre en équation le mouvement de la roue pendulaire puis nous avons mis
en oeuvre des simulations numériques sur python afin de calculer la réponse du système à une excitation sinusoïdale
ainsi que la puissance moyenne développée pour différents paramètres (variation de masse, d’inertie, couple
résistant). Nous avons par la suite réalisé une maquette simplifiée reliée à une génératrice à courant continu
afin de pouvoir mesurer la tension de sortie pour différentes excitations. Nous avons créé un programme afin de
modéliser la houle sur une plateforme 6 axes cependant nous n’avons pas pu l’utiliser sur notre maquette car les
performances de la plateforme n’étaient pas suffisantes.
Plan :
1. Présentation du projet
2. Etude théorique
3. Approche expérimentale à l’aide d’une maquette et limites du modèle
Bilan :
Le premier apport de notre T.I.P.E a été de faire face aux nombreuses difficultés expérimentales qui
sont peu prévisibles. Cependant cela nous a permis d’apprendre à mener un projet scientifique, à faire face aux
imprévus en un temps donné. Il m’a également permis d’apprendre à combiner des raisonnements et des compétences
pluridisciplinaires afin de construire notre projet. Nous avons également pu comprendre l’importance des outils
numériques pour l’étude théorique ainsi que l’importance d’évaluer les limites de nos modèles.
Bibliographie :
− BABARIT A. "Optimisation hydrodynamique et contrôle optimal d’un récupérateur d énergie des vagues"
thèse de doctorat en 2005
− Babarit A. Clément A. "Optimal Latching Control of a Wave Energy Device in Regular and Irregular Waves",
publié dans Applied Ocean Research" Vol 28,2, p77−91 2006
− Babarit A. Clément A. : "Simulation of electricity supply of an Atlantic island by offshore wind turbines
and wave energy converters associated with a medium scale local energy storage" publié dans Renewable Energy,
Vol 31, p153−160 2006
Sitographie :
− http://www.semrev.fr
− http://www.ec−nantes.fr
Contacts :
− Alain Clément, Directeur du laboratoire de mécanique des fluides de l’école Centrale de Nantes.