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Plateforme mécanique à 30 euros

la robotique low-cost

jeudi 21 août 2008, par Nico

Abordons un sujet tabou : le prix de notre passion ! :-)

Je ne sais pas vous, mais moi je trouve qu’il y a une disproportion des prix des composants mécaniques pour faire un robot (le plus gros poste de dépense de Armaguidon l’année passée), et je suis en pleine réflexion en ce moment pour trouver des moyens de faire dans le "low-cost".

Et bien il existe au moins une piste intéressante pour la motorisation et l’énergie :

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Oui, la perceuse sans fil "Numéro 1" de chez Carouf... Comme perceuse c’est une catastrophe, mais par contre, pour un oeil averti et après une rapide inspection on a dedans :
- 10 éléments NiCd, 1200 mAh
- 1 moteur DC 3 poles qui-envoie-du-lourd ou du moins il en a l’air...
- 1 réducteur planétaire à 2 étages
- 1 petit circuit de controle en puissance du moteur car elle se targue d’avoir une commande éléctronique
- 1 bloc secteur 12V
- vis, mandrin( !), des pseudo roulements a billes, etc.

Le tout pour 12,9 euros ! Moi j’en ai acheté 4, histoire d’avoir la même série de production des moteurs, et le regard d’incompréhension de la caissiere, ce qui n’a pas de prix :)

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mes 4 boites

 les présentations...

Voici en photo ce qui compose la boite (emballé sans aucune protection bien sûr)

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la perceuse
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la batterie
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l’ensemble de charge

 la batterie et son chargeur

Avant d’entamer le plat de résistance que sera la mécanique qu’on peut récupérer dans cette engin (on va appeler ça comme ça, parce que perceuse c’est trop d’honneurs), attardons nous sur les batteries et ce qu’on peut en tirer.

Tout d’abord le bloc est constitué de 10 cellules, pèse 310g et est étiqueté pour 1200 mAh de capacité...

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éclaté de la batterie
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détail cellule NiCd

1200 mAh en NiCd on peut se dire que c’est pas mal, après tout ce genre de cellule est vendu 3-4€ dans le commerce. Testons !

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test de la capacité batterie

Aïe ! là le bas blesse, première charge : 400 mAh de capacité... Après 5 cycles pour la réveiller un peu : 600 mAh Le moins qu’on puisse dire c’est que ça déçois. Pour la petite histoire je les ai un peu forcé, avec 1A de charge je crois même avoir fusiller mon premier pack. Je vais refaire des tests plus doux et par cellule pour trier le bon grain de l’ivraie.

Je dirais donc que mon traitement ne leur a pas plu. Par curiosité allons voir comment le chargeur est conçu. Pour ce qui est du bloc secteur c’est le minimum syndical, un pont de diodes mais pas de lissage, il délivre 15V en crête à vide :

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éclaté du chargeur

Et le circuit de charge ? Une résistance de 5W en série avec la batterie voyons... pas de limitation réelle du courant, encore moins de détection de fin de charge. La destruction accélérée du bloc de batterie est donc garanti.

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circuit de charge

 la mécanique

L’intégration de l’ensemble est réalisé très simplement, on commence par enlever la vis à gauche dans le mandrin (oui elle se dévisse donc dans le sens horaire), quelques vis de carcasse à enlever et on trouve dans le corps de la perceuse : le motoréducteur (emboité dans la carcasse) et son limiteur de couple, un mosfet de puissance et son dissipateur, une gachette de commande et... et c’est tout...

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éclaté perceuse

Tout de suite regardons comment marche le motoréducteur. Même si la fonction de limitation de couple est présente, elle sera plus facile à décrire par la suite.

Le motoréducteur ressemble à ça :

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le motoréducteur
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dimensions hors tout du motoréducteur

Pour démonter le boitier du réducteur il faut enlever un circlip de l’axe de la perceuse, qui dévoile au passage un roulement conique du pauvre pour encaisser les efforts axiaux du perçage fait de billes prises en sandwidch entre des rondelles...

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roulement du pauvre

Une fois le boitier du réducteur ouvert, on trouve un jolie système planétaire à deux étages.

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éclaté réducteur



Le moteur à un engrenage de sortie en acier (9 dents).Le premier étage est constitué de pignons en nylons (18 dents) qui engraine sur le planétaire (45 dents). Le deuxième étage est strictement identique à l’exception des pignons qui sont tous en acier. Le rapport de réduction est donc de 1/25. Un esprit bidouilleur voit donc tout de suite deux adaptations possibles si on a plusieurs réducteurs sous la main :

* Les pignons sont interchangeablent, donc on peut se faire un réducteur tout-acier facilement.

* Les étages peuvent être mis en cascade sans grand problème, on peut donc avoir les rapports de réduction en puissances de 1/5 (1/5, 1/25, 1/125, 1/625 ...)

Pour le moteur, j’ai réussi à retrouver le fabicant chinois. Il donne les caractéristiques suivantes pour son moteur [1], celui qui a été choisi est encadré en rouge. On voit par ailleurs que c’est surement le moins cher de sa gamme.

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caractéristiques moteur fabricant

Que vaut-il par rapport à la concurence ? J’ai trouvé un équivalent basé sur le couple nominal chez l’illustre fabricant Maxon [2]
Alors oui bien sur, il est plus petit, il a 80% d’efficacité, et encore bien d’autres qualités... mais il coute 110€HT !!! (et on est pas sorti de l’auberge il faut encore rajouter le réducteur)
Après les performances décevantes de la batterie il va falloir mettre ce moteur sur un banc pour vérifier les chiffres et en tirer des courbes plus détaillées... quand j’aurais fini de construire mon banc moteur... mais ce sera l’occasion d’un autre article :-)

 oui mais...

oui mais voila, j’ai simplifié un détail : il y a un mécanisme de limitation de couple et il est probable qu’il faudra le neutraliser pour la majorité de nos applications. Que vous ai-je donc caché ? Le limiteur de couple fonctionne grace à la liberté que le planétaire a de tourner dans le boitier du réducteur. En effet si le planétaire tourne alors aucune rotation ne se transmet par le réducteur (ça tourne dans le vide quoi). Alors qu’est-ce qui empèche de tourner l’engrenage planétaire ? Si on regarde le planétaire assemblé avec l’arbre de sortie on y trouve des ergots :

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arbre de sortie

En face entre ces ergots, enpêchant la rotation, on trouve des trains de billes passant par des ouvertures au travers du boitier du réducteur :

Enfin ces billes sont maintenues en pression sur les ergots par un ressort que l’on trouve en démontant la bague externe du limiteur :

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assemblage du limiteur (avec les billes)
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intérieur de la bague

Plus on tourne cette bague, plus la pression du ressort sur les billes est forte, et plus le planétaire du réducteur sera maintenu en place à un couple de sortie élevé : CQFD.
(au passage je remercie les lecteurs qui ont eu la patience d’arriver jusque là, les autres qui se sont précipités pour démonter leur perceuse doivent avoir maintenant des billes partout dans leur salon...)

Pour utiliser le motoréducteur il faudra donc bloquer le planétaire sans jeu dans le boitier. Je posterais une photo du bricolage dès que je l’aurais réalisé.

Je terminerais la partie mécanique par un avertissement : protégez ces pièces en les enduisant de graisse (type graisse rose) car elles ne sont pas du tout traitées contre la corrosion, le mandrin que j’ai touché directement commence à en faire les frais :

 l’électronique

Un petit paragraphe bonus sur l’électronique de l’engin. Le seul composant apparent est le mosfet de puissance, qui est une pâle copie chinoise d’une référence aujourd’hui disparue dont je joins la datasheet. En gros il passe jusqu’à 60A

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le NMOS de puissance
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datasheet 60N06

En théorie le transistor est donc sous-dimensionné car le moteur peut avalé 72A en blocage. En théorie seulement car le limiteur de couple n’a pas de position "transmission intégrale" et que la batterie ne suivra sans doute pas...

En fait on trouve, en plus, un circuit de commande (un GS069LF à la datasheet introuvable) dans la gachette ainsi que quelques bizarreries comme une diode de puissance au format "hockey puck" (en pastille en bon français) sûrement là pour la protection du mosfet.

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l’ensemble de l’élec

 conclusion

S’il est à peut près certain que les batteries sont de piètre qualité ou ont été dégradées par un stockage dans de mauvaises conditions, les parties mécaniques semblent convenir très bien pour une base roulante à bas prix.

(Voir une discussion sur le forum de Planète-Sciences au sujet de cet article : http://planete-sciences.org/forums/viewtopic.php?f=5&t=12315)

Vos commentaires

  • Le 10 avril à 16:11, par MATHIEU En réponse à : Plateforme mécanique à 30 euros

    Bonjour,
    Vous avez fait une erreur dans votre calcul de réduction :
    La réduction d’un train épicycloïdale est : Ns/Ne = Z1/Z1+Z3 où Z1=9 dents et Z3= 45 dents
    9/9+45=1/6
    Si on à deux trains alors on les multiplies entre eux et on obtient une réduction totale de 1/6*1/6 = 1/36.
    Donc le rapport de réduction de votre perceuse n’est pas 25 mais 36 !
    Bon article sinon ! ;-)

    Répondre à ce message

  • Le 25 mars 2011 à 14:02, par Guru En réponse à : Plateforme mécanique à 30 euros

    11,50€ chez Bricodepot ;-)

    Répondre à ce message

  • Le 5 septembre 2009 à 18:52, par ? En réponse à : Plateforme mécanique à 30 euros

    Bonjour.

    A la recherche d’une datasheet INTROUVABLE.(GS069LF)je tombe sur cet article.
    Tiens, cela me rappelle quelque chose...
    Je retrouve finalement ça :
    http://www.abcelectronique.com/forum/showthread.php?t=31453&highlight=MicheldeNice
    qui a été édité plus d’un an avant et parle de la même astuce.
    Après relecture, il s’avère que les deux articles ne sont vraiment pas de la même personne ,
    mais révèlent une même approche et la même idée finale :
    Comment obtenir + de 100 euros( plus ??) de pièces valables en les récupérant sur une machine (neuve)
    relativement minable et vendue entre 12 et 15 euros.
    Qui a dit que les clones involontaires n’existent pas ?
    Aï Robot

    • Le 6 septembre 2009 à 01:04, par Julien H. En réponse à : Plateforme mécanique à 30 euros

      Ah oui effectivement. En plus c’est un voisin (de Nice) mais je ne crois pas que je le connais (à moins que).

      Par contre il a l’air d’être tombé sur un meilleur modèle car il ne parle pas de l’impossibilité de réutiliser la réduction parce qu’il utilise la carcasse plastique pour tenir les engrenages.

    • Le 9 septembre 2009 à 11:55, par nico En réponse à : Plateforme mécanique à 30 euros

      Ah merci beaucoup pour le lien, ca fait plaisir de voir ce d’autre pense du meme sujet.

      Pour ce circuit, deviner son fonctionnement n’est pas sorcier, il ne faut juste pas prendre la diode pour une piece mecanique...

    Répondre à ce message

  • Le 6 août 2009 à 19:52, par ROUMBA En réponse à : Plateforme mécanique à 30 euros

    Salut,

    Je trouve ton article très intéressant même si j’ai pas tous compris (je suis un peu voir beaucoup novice).

    Je suis sur un projet de robot célèbre que j’ai baptisé ROUMBA ;)

    Moi je suis parti sur des moteurs d’essui glaces de 306 pour mon proto mais j’ai une "visseuse pas cher chouette" acheté au même endroit que toi donc pourquoi pas en acheter une 2e...

    Je laisse le lien de mon projet http://www.planete-sciences.org/forums/viewtopic.php?f=5&t=13497&start=15

    • Le 9 septembre 2009 à 11:52, par nico En réponse à : Plateforme mécanique à 30 euros

      Houla, des moteurs d’essui glaces... ca developpe du couple ca !
      Mais a quel prix... il y a souvent une transmission type vis sans fin/pignon a rendement tres mauvais.

      C’est le gros probleme eventuel que je veux tirer au clair : le rendement

      Mais, un an apres cet article, la suite arrive :)

    Répondre à ce message

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