Réalisation d'un robot mobile : La mécanique part 1, les moteurs et leurs supports

Comme énoncé dans l'introduction, le premier robot mobile que nous allons construire sur ce site sera un robot à 3 roues. C'est à dire deux roues motrices indépendantes qui permettront d'avancer/reculer mais également, en donnant des vitesses de rotation différentes, de tourner. La troisième roue fixe permettra de maintenir l'équilibre du robot. Nous sommes certainement plus habitués à voir des systèmes utilisant une ou deux roues pivotantes pour tourner (comme pour une voiture ou un vélo) mais dans ce cas la mécanique est plus complexe et les performances en terme de souplesse dans les déplacements sont beaucoup plus faibles. Un robot muni de deux roues motrices indépendantes permet de faire des rotations sur lui-même ce qui est impossible avec une voiture.

Dans cette réalisation, le premier choix que je propose de faire est celui des moteurs. Le robot mobile que nous allons dessiner se voulant simple et accessible, nous devons garder comme objectif que tout le monde doit pouvoir le recréer chez lui. C'est un peu prendre le problème à l'envers que de commencer par choisir les moteurs, mais le choix se justifie quand on voit le panel de moteur disponible et la difficulté potentielle de se procurer certain moteur. Je considère plus simple de réaliser un chassis autour d'un moteur choisi que de trouver un moteur pour un chassis donné. Le robot prévu étant léger, les moteurs ne doivent pas spécialement être puissant. Par contre ils doivent être utilisables directement car développer une mécanique particulière derrière, un réducteur par exemple, serait fastidieux pour quelqu'un qui n'est pas bien équipé. Si on regarde ce qu'il existe comme moteur, nous pouvons nous orienter vers 3 types différents:

1. Moteurs à courant continu: ils ont l'avantage d'être commandables facilement au travers d'une petite électronique dédiée et leur prix est souvent assez faible (on en trouve facilement à 3€). Il faut néanmoins placer un réducteur derrière car les petits moteurs CC ont souvent des vitesses de rotation dépassant les 5.000RPM. Il serait impensable de placer des roues directement sur l'axe du moteur, premierement car la roue tournerait à des vitesses beaucoup trop importantes, deuxièmement car pour ce genre de petit moteur, le couple fourni est faible. Il existe cependant des moteurs CC avec réducteur intégré, nous y reviendrons plus loin.

1. Servo-Moteur de modélisme modifié: les servo-moteurs offrent la possibilité d'être commandés par un seul fil qui au travers d'une PWM donne l'ordre de tourner à la vitesse et dans le sens souhaités. Ces moteurs sont intéréssants car ils intègrent mécanique et électronique dans un même boitier et offrent un couple suffisant pour notre application. D'un point de vue vitesse on parlera d'environ 60 à 120 RPM (tours par minute) en fonction du modèle. Pour utiliser ce type de moteur, il faut modifier un servo-moteur de modélisme existant. En effet ces derniers ont une course angulaire limitée (l'axe n'est pas prévu pour réaliser une rotation complète), la positon de l'axe du moteur est mesurée par un potentiomètre qui permet de l'orienter à un angle bien précis. Si on veut utiliser un pareil moteur pour faire avancer notre robot, il faut court-circuiter le potentiomètre et retirer les blocages mécaniques limitant la rotation de l'axe. La manipulation n'est pas compliquée, mais d'expérience sur des servo-moteurs low cost, le risque d'abimer et de réduire la longueur de vie du moteur pendant cette action est important.

1. Moteur pas à pas: ce dernier offre la possibilité de régler très précisément la vitesse et la position de l'axe. Le couple du moteur est également important, même à très faible vitesse. Mais la commande de ces moteurs est beaucoup plus complexe et le prix est également élevé. De plus, ce type de moteur est aussi rapidement encombrant. Pour ceux qui sont intéressés, un article sur ce site propose de réaliser une commande électronique pour moteur pas à pas en suivant ce lien. Ces moteurs sont beaucoup utilisés pour permettre le déplacement des axes sur une fraise numérique: voir les articles ici. Mais ils sont beaucoup moins intéressants dans but recherché ici: faire avancer le robot mobile.

Après avoir exposé les différentes possibilités, je propose d'utiliser deux moteurs à courant continu montés directement sur un réducteur. J'ai en effet trouvé sur le site de vente par internet VirtualVillage un pack de 2 moteurs DC 12V montés sur Gear box (réducteur), tournant à 300RPM et offrant un couple de 0.4Nm pour une douzaine d'euros frais de port gratuits. La bonne affaire!. Le site vend également au travers d'ebay où il y a un choix plus large pour trouver le moteur pour votre robot mobile.Le fait que les moteurs conviennent vraiment bien à l'application souhaitée pour un prix plus que raisonnable, a fortement motivé ce choix. De plus, à proximité de l'axe du moteur, on trouve deux filets permettant de les fixer à un support, ce qui nous aidera grandement.

 

La fixation des moteurs

Deuxième étape (maintenant que nous avons les moteurs): préparer un support pour soutenir ces moteurs. Comme cité dans paragraphe ci-dessus, les moteurs ont la possibilité d'être vissé à un support. J'en ai donc dessiné un qui supporterait d'un côté les moteurs et perpendiculairement pourrait se fixer au chassis du robot.

Le support dessiné a été réalisé sur ma CNC (la proxxon MF-70 numérisée) sur une plaque de PEHD. il est néanmoins tout à fait possible de s'en inspirer pour réaliser un support plus simple découpable à la main dans, par exemple, une plaque de contre-plaqué MDF ou autre. Les plans en PDF seront disponibles à la fin des articles consacrés à la réalisation du robot mobile.

Ce support permet de fixer les moteurs de cette manière. Attention, j'ai constaté qu'en prenant des vis trop longues, il y a un risque de bloquer le mécanisme du réducteur en l'enfonçant de trop.

La suite

En deuxième partie du chapitre sur la mécanique nous trouverons:

- Le choix des roues et leur fixation

- La création du chassis