Projet ROB3: Rami, Yannis, Vasilis

THE SCARA-B

Dossier de Préconception

Informations

Membres

TOBBAL Yannis: tobbalya@gmail.com

ARIDI Rami: rami.aridi@etu.sorbonne-universite.fr 

SKARLEAS Vasileios: vasileios.skarleas@etu.sorbonne-universite.fr 

Cursus

Polytech 3eme année | Spécialité: Robotique

Délais

Début: 14/02/24  |  Fin: 23/05/24

But

Le but est de créer un robot capable de dessiner différentes formes sur une feuille de papier. Il doit pouvoir réaliser des formes préprogrammée ainsi qu'être contrôlé manuellement.

Objectifs

Le robot est fixé sur un support carré horizontal comportant une zone de dessin de 10*10 cm. Il y a 2 exercice qu'il doit réussir. En outre, le robot fait être capable de repondre au cahier des charges disponible ici.

Exercice 1
Dessiner des formes prédéfinies

Le robot doit être capable de réaliser en 10 +- 0.2 secondes:

-Une ligne droite de 5cm
-Une ligne droite de 5cm en pointillés
-Un cercle de 2.5cm de rayon
-Un cercle de 2.5cm de rayon en pointillés

Exercice 2
Permettre à un utilisateur de dessiner

L'utilisateur doit être capable d'utiliser le robot pour dessiner la forme qu'il veut sur la zone de dessin. Le robot est contrôlé par un joystick qui doit donc être doté des fonctions utilisés dans l'exercice 1 (Déplacement, relever le stylo etc...)

Besoins

Il faut donc créer un robot qui:

• Maintienne un effecteur (le stylo) afin de dessiner
• Se déplace:
  • Dans un plan horizontal: Créer les formes
  • Verticalement: Dessiner ou non, pour les pointillés
• Enregistre des formes prédéfinies
• Soit capable d'être contrôlé précisément par le joystick

Matériel

Copié du sujet

• Un crayon
• Interface de commande :
  • Une carte arduino UNO avec câble USB-B;
  • Un joystick:
  • Une platine de protoypage;
  • Alimentation régulée 5V ;
  • Câbles, LEDs, boutons poussoirs, résistances.
• Motorisation :
  • Deux servomoteurs HS422 180°;
  • Un servomoteur Emax ES08A 180°.
• Mécanique :
  • Matière PLA pour impression 3D;
  • Feuilles medium : 3mm et 6mm d'épaisseur;
  • Vis et écrous : M2, M2.5, M3, M4.
  • Roulements et axes de diamètre 4mm.
• Informatique
  • Ressources CAO.zip contient les fichiers Solidworks pour les deux modèles de servomoteurs
  • datasheets.zip contient les documentations de quelques-uns des composants fourni

Machines utilisées

PENDINGUtilisation de l'impression 3D pour les pièces principales et éventuellement de la technologie de découpe laser pour la surface d'écriture de notre robot.

Idées Rejetées

Durant notre brainstorming: nous eûmes 4 idées que nous avons ultimement rejetées:

Photo de notre tableau (Tout est en désordre)

Idée 1 - Robot de roues	Idée 2 - 3D Printing
Un robot sur deux roues motorisées: Le stylo est attaché au centre de celui-ci. Les roues seraient contrôlées grâce aux 2 servomoteurs HS422 d'une façon similaire au robot E-PUC. Le servomoteur ES08A contrôlerait le mécanisme de levée et de descente du stylo qui serait utilisé pour former les dessins en pointillés. Ce robot est très facile à contrôler au joystick	Un système similaire au fonctionnement d'une imprimante 3D: A l'aide d'un système de bielle manivelle, les deux servomoteurs HS422 commandent des liaisons glissières sur les axes x et y. La bielle tenant le stylo est elle même tenue par une bielle. Cette dernière se positionne sur la coordonnée de son axe, tandis que la bielle de l'effecteur choisit alors la deuxième coordonnée du point. Le servomoteur ES08A commande la levée et descente du stylo Cette solution ne présente pas de singularités dans sa configuration. De plus, les calculs sont simplifiés par le fait qu'on ne réfléchisse que sur le plan cartésien
Idée 3 - Scissors mecanism	Idée 4 - Point d'intersection
Inspirés du "Scissors mechanism", on voudrait attacher deux servomoteurs à la base du mécanisme et un système de commande d'actionneur au point "STYLO". Cette solution présente des avantages telles que : Nous pouvons avoir un espace d'écriture plus grand grâce à la tendance du mécanisme à s'étendre Faciliter la création de cercles Ainsi que des lignes droites dans le même sens du stylo très précis Malheureusement, cette solution présente également un inconvénient. Les mouvements étant plutôt révolutionnaires, créer des lignes droites verticales du stylo semble limité et dans certains cas extrêmes impossible.	Le robot sera doté d'un mécanisme de ciseaux alimenté par deux servo-moteurs positionnés aux coins de la base d'écriture. Chacun entraînera la rotation d'une poutre, permettant des mouvements de glissement dans les deux directions du vecteur r de rotation,. Le point d'intersection des deux poutres (créant ainsi une liaison glissière complexe) serait équipé du stylo, assurant une couverture totale de la feuille grâce à cette configuration ingénieuse. Cependant, malgré la simplicité apparente de cette solution, des défis significatifs rendent son implémentation impraticable: L'effort tangent au mouvement du stylo généré par une poutre sur l'autre serait extrêmement important, dépassant probablement les limites de faisabilité. La nécessité d'un glissement ultra-lisse, sans aucun frottement, et d'une précision extrême dans les mouvements représente un défi technique considérable.
Idée 5 - Robot type SCARA	Idée 6 - Robot parallélépipède
On a pensé de faire un robot qui a deux axes de rotation verticales et une axe de rotation horizontale. En fait, il y aura deux rotations autour de deuz axes Z (Z1 et Z2) verticales et une troisieme rotation autour de Z3 qui est perpandiculier au axe (Z2).

Raisons des rejets

1. Idée robot de roues
   • Pour s'assurer de la validité de la trajectoire, il faudrait l’équiper de capteurs odométrique. Nous ne disposons pas de ce matériel
     
   • L'utilisation des servomoteurs empêcherait de faire rouler le robot indéfiniment. Cela ne serait pas un problème avec l'exercice 1. L'exercice 2 pourrait se révéler impossible à faire (Prenons par exemple un cas hyperbolique et fantaisiste: La forme à dessiner au joystick est une réplique de la Joconde. Le robot ne pourrait jamais faire ceci)
     
2. 3D Printing idea
   • Le système de bielle manivelle pourrait se révéler trop massif pour le robot. 
   • La solution consommerait beaucoup de matière
3. Scissors mechanism idea
   
   • Selon la mécanique de la pièce, la création des lignes droites perpendiculaires du stylo n'est pas toujours possible à cause des mouvements révolutionnaires du mécanisme
   • Les déplacement sont limités à des trajectoires bien précises, ce qui rend le contrôle au joystick frustrant.
4. Idée point d'intersection
   • Il s'agit d'une idée très complète. Cependant, lorsque l'effecteur se trouve à l'extrémité des deux axes de guidage, il faut exercer une force massive pour l'en sortir et le faire revenir près des moteurs.
     Nous pourrions contourner ce problème en faisant en sorte que les axes soient bien plus grand que la zone de travail. Mais:
     • Cela impliquerait un ajout de matière, et donc de masse
     • Cela n'empêcherait pas un utilisateur au joystick de bloquer le robot

Décision Finale

Le robot

Nous avons finalement tablé sur un bras robotique (SCARA, FANUC etc.) à 3 articulations. 2 articulations pour les mouvements dans le plan, 1 articulation qui dirige la montée et descente du stylo. 

Les risques

1. Il faut bien évidement prendre en compte les singularités
2. Il faut faire attention à la répartition du poids, le robot étant beaucoup plus volumineux que les autres idées rejetées. 

Les avantages

1.  C'est un modèle connu du groupe, la partie mathématique est donc plus simple à réaliser
2.  Beaucoup de manières de retirer de la matière.

GANTT

Il y a un lien interactif qui est mis à jour à chaque modification via https://airtable.com/appVydj1BDLSFj432/shrm5Cjk0diMBPmgL 

Project FabLab ROB3 Tasks (GANTT).pdf

Conception détaillée 

Mathématique

Schéma Cinématique + Tableau DH

Solid	ai	αi	di+1	θi+1
0	0	0	h1	θ1
1	L1	-π/2	h2	θ2-π/2
2	0	0	L2	θ3

Les deux premières liaisons, pour 𝑖∈{1,..,2}, sont des liaisons pivot d’axe (𝑂𝑖,𝑧𝑖). La troisième liaison est une liaison pivot d'axe aussi selon z3.

Matrices de transformation homogènes

Calculant T_0->1, T_1->2, T_2->effector, ansi que T_0->effector. Le résultas sont disponibles sur: ARRIVING SOON

Modèle géométrique direct/inverse

_Electronique

_WIP

_CAO

_Croquis

_WIP

_{Programmation}

_WIP

Réalisation

Journal de bord / Calendrier

Avancée du projet à chaque étape, difficultés rencontrées, modifications et adaptations

14/02/2024

Discussion autour du Projet Robotique ROB3 - différents idées, décission, planning.

16/02/2024

Provided a first kinematics schema and version 1 of DH table

19/02/2024

Wiki: preliminary dossier was updated + DH: more detailed conception and corrected the table