2. PLAN
I. Modélisation et étude mécanique du
châssis de la chaise roulante électrique.
II. Gestion de la trajectoire du robot
III. Simulations et réalisation expérimentale.
Conclusion
2
Contextualisation
Problématique
Cahier de charges
Objectifs :
4. PROBLÉMATIQUE
• Comment améliorer le brancardage en
rendant le déplacement dans les couloirs
autonome suivant un chemin préétabli
jusqu’à sa destination?
4
11. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
CHOIX D’UN MOTEUR
D’ENTRAINEMEMT DE LA CHAISE
❖ CALCUL DU COUPLE MOTEUR Cm
❖ DETERMINATION DE LA PUISSANCE FOURNIE PAR
LE MOTEUR
11
12. ● Hypothèses:
❖ Force aérodynamique est négligeable.
❖ La masse maximale du patient : Mp = 130kg
❖ Pour un contact entre un pneumatique et un sol lisse : µ = 0,25
❖ Fréquence de rotation de l’arbre moteur : N = 1500tr/min
❖ Caractéristiques du modèle de la chaise étudiée :
- Diamètre de la roue motrice D = 35cm
- Masse de la chaise Mc = 90kg
❖ l'accélération de la pesanteur g = 9,81m/s²
Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
12
13. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
Calcul du rapport de réduction r :
Vitesse linéaire du brancardage : V = 1,67m/s Ω=V/R AN Ω = 1,67/0,35 =4,77rad/s
Fréquence de rotation de l’arbre moteur
N = 1500tr/min
Ωm =(2*π*N)/60 AN
Ωm = (2*π*1500)/60 = 157,07 rad/s
r = Ω/ Ωm AN r = 4,77/ 157,07
r =0,03
13
14. Modélisation des efforts
On définit :
• F : La force qui bouge le fauteuil.
• f = µ*V : est la projection de R sur l’axe x, f
représente les frottements visqueux entre les
roues et le sol et V la vitesse de la chaise au
cours de son mouvement.
• M : La masse totale ( masse de la chaise + masse
maximal du patient ).
• a : L’accélération de la chaise.
F
Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
y
x
α
R
P
F
14
15. y
x
α
Cas : Plan incliné
C’est quoi la valeur maximale
de α pour que le fauteuil ne
bascule pas ?
Degré de la pente
< 6%
< 10% sur 2 m max
< 12% sur 0,5 m max
R
P
F
15
Fig. 6
Fig. 5
16. Dans les hôpitaux la longueur de la trottoire est supérieure à 2m
Alors : α < (6*90°)/100
α < 5,4°
α maximale est 5,4°
Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
16
17. PFD appliqué à la chaise pour une seule roue donne:
Projection sur x :
F – f - P = M*a
Donc: (Ca/R) - µ*V – M*g*sin(α) = M*a Avec Ca = Cm / r
Ca = (D/2)*(M*a+µ*V+M*g*sin(α))
Cm = [(D/2)*(M*a+µ*V+M*g*sin(α))]*r
Application numérique
Ca =(0,35/2)*[(130+90)*0,56+0,25*1,67+(130+90)*9,81*sin(5,4)]*0,03
F+R+P=M*a
Cm = 1,715 N.m
Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
Calcul du couple moteur Cm :
17
18. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
Détermination de la puissance fournie par le moteur P :
P = Cm* Ωm
Application numérique : P = 1,715*157,07
P = 269,37 W
18
19. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
Choix du moteur :
Le moteur convenable est de référence 100ZSV12-400-1500
19
20. ETUDE DE LA RESISTANCE
DE MATERIAU DU SUPPORT
CHASSIS
20
21. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
➢ Les deux poutres P1 et P2 sont
soumissent à une contrainte de
flexion avec charge répartie
exercée par le fauteuil et le
patient.
➢ On s’intéresse à l’étude d’une
seule poutre P1.
P1
P2
21
Fig.7
22. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
❖ Les dimensions de la poutre P1
43.00cm
5.00cm
L = 43 cm
a = 5 cm
q =( M’ * g)/2L
M’ =139 Kg
s = 2
❖ Modélisation de la poutre P1
x
y
q
q * L
L/2 L/2
L
A
A
B
B
M’ = (masse fauteuil + masse
patient)
Masse fauteuil = 9 Kg)
Matériau du support châssis
S235
+ y
x
22
23. ➢ Détermination des forces Fa et Fb appliquées successivement en A et B:
Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
PFS
Fa + Fb +q*L = 0
TRS / y : Fa + Fb – q*L = 0 Fa = q*L – Fb
TMS /y au point A : M(Fa) + M(Fb) +M(q*L) = 0
0
Fb*L – q*L*L/2 = 0
Fb = q*L/2
1
1 Fa = Fb = q*L/2
Application numérique :
Fa = Fb = 340,9 N
23
24. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
➢ Détermination du torseur de cohésion : q
A G
A
+
G
q * x
x
x/2
x
y
x
y
➢ Calcul de Ty (x)
Ty(x) = – ( Fa – q*x )
Ty(x) = q ( x – L/2 )
➢ Calcul de Mfz (x)
Mfz(x) = – (– Fa*x +q*x²/2)
Mfz(x) = q/2( L*x – x² )
}
➢ Torseur de cohésion
{ }={
Ʈcoh
G G
24
0
q(x – L/2)
0
0
0
q/2 (L*x – x²)
25. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
➢ Traçage des diagrammes Ty(x) et Mfz(x) :
❖ x = 0 :
Ty = – 340,89 N
Mfz = 0 Nm
❖ x = L / 2 = 0,215 m :
Ty = 0
Mfz = 36,65 Nm
❖ x = L = 0,43 m :
Ty = 340,89
Mfz = 0 Nm
0,215m
–
+
0,215 m 0,43 m
0,43 m
+
340,89
–340,89
36,65
0
0
Ty(N)
Mfz(Nm)
25
26. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
➢ Simulation par RDM 6 :
Mfzmax = 36.65 Nm
26
27. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
➢ Condition de résistance :
𝑴𝒇𝒛𝒎𝒂𝒙
𝑰𝑮𝒚
𝝂
≤
𝐑𝐞
𝐬
𝜈 = a/2 = 2,5cm
𝐼𝐺𝑦 = a4/12 = 520,83 ∗ 103 mm4
𝟑𝟔,𝟔𝟔∗𝟏𝟎𝟑
520∗103 ∗ 𝟐𝟓 = 𝟏, 𝟕𝟔 𝑴𝑷𝒂 ≤
𝟐𝟑𝟓
𝟐
= 𝟏𝟏𝟕, 𝟓 𝑴𝑷𝒂
La condition de résistance est donc
vérifiée
27
28. Modélisation et étude mécanique du châssis de la chaise
roulante électrique.
➢ Vérification du résultat par RDM 6:
28
30. ❖ DÉTECTION DE LA PISTE
❖ DÉTECTION D’OBSTACLE
VALIDATION DES CHOIX
DES CAPTEUR
30
31. DÉTECTION DE LA PISTE
<<requirement>>
Détection de la piste
Id = « 1.1.1 »
Text = « Le robot doit être
capable de capter la ligne
noire sur fond blanc »
3 CAPT IR
Gestion de la trajectoire du robot.
Capteur infrarouge
Virage à gauche
Moteur gauche =AV
Moteur droite=STOP
Virage à gauche
Moteur gauche=STOP
Moteur droite=AV
Arrêt
Moteur gauche =STOP
Moteur droite=STOP
Tout droit
Moteur gauche =AV
Moteur droite=AV
31
32. Gestion de la trajectoire du robot.
Pour détecter et suivre une ligne noire le brancardage a besoin de deux
capteurs infrarouges.
L’expérience montre que
le robot marche avec une
vibration.
Comment fixer alors le problème de la vibration du robot
au cours de son mouvement ?
32
33. Gestion de la trajectoire du robot.
Solution proposée :
➢ Afin d’éliminer la vibration de la chaise, on ajoute un troisième capteur
infrarouge.
Les possibilités pratiques :
Utilisation de trois
capteurs infrarouges
FC-51
Utilisation d’un seul
capteur TCRT5000
Ou bien
33
34. Gestion de la trajectoire du robot.
ETUDE COMPARATIVE
FC-51 TCRT5000
Alimentation DC 3.3 V-5 V DC 3.3 V-5 V
Encombrement
– + +
Coût 3*25 Dh 35 Dh
Le capteur infrarouge
TCRT5000 est plus
convenable
34
35. Gestion de la trajectoire du robot.
MODULE INFRAROUGE TCRT5000
Caractéristiques:
➢ Tension de fonctionnement: DC 3.3 V-5 V
➢ Courant d'exploitation:1,6 A
➢ Température de fonctionnement:-10 C-+ 50 C
➢ Taille 118 mm x 80 mm x 10mm
➢ Masse 11g
➢ Plage de mesure 1-25mm
➢ Interface de sortie: 5-wires :
(123: sortie de signal, + : alimentation positive, - : sol)
35
36. Gestion de la trajectoire du robot.
Principe de fonctionnement
Ce module permet
de détecter un
marquage sombre
tracé au sol.
36
37. Gestion de la trajectoire du robot.
L’organigramme d’un robot suiveur de ligne
37
38. DÉTECTION D’OBSTACLE
<<requirement>>
Gestion des obstacles
Id = « 1.2 »
Text = «Le robot doit
s’arrêter s’il détecte un
obstacle situé au moins
d’une distance de 2m»
3 CAPT IR
Gestion de la trajectoire du robot.
Détecteur d’obstacles
Arrêt
Moteur gauche =STOP
Moteur droite=STOP
Tout droit
Moteur gauche =AV
Moteur droite=AV
Absence d’obstacle
Présence d’obstacle
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39. Simulations et réalisation
ETUDE COMPARATIVE
Capteur ultrason
HC-SR04
Vcc
Trig
Echo
Gnd
➢ Plage mesure: 2cm à 4m
➢ Erreur de mesure: +ou- 0.875 cm
➢ Cône de mesure: 30°
➢ Résolution de la mesure: 0.3cm
➢ Fréquence des impulsions : 40kHz
➢ Tension d’alimentation: +5V DC
Capteur infrarouge
SHARP GP2Y0A21 :
➢ Plage mesure: 1.8cm à
0.8m
➢ Erreur de mesure: +ou-
7.5cm
➢ Cône de mesure: 5°
<<requirement>>
Gestion des obstacles
Id = « 1.2 »
Text = «Le robot doit
s’arrêter s’il détecte un
obstacle situé au moins
d’une distance de 2m»
Le capteur ultrason
HC-SR04 répond à
l’exigence id<<1.2>>
39
40. Gestion de la trajectoire du robot.
Principe de fonctionnement
40
