Brevet FR2557987A1 — publié le 19850712

L'invention a pour objet un dispositif se montant sur un mobile programmé qui a au moins deux roues motrices indépendantes dont les vitesses linéaires et donc les dis- tances parcourues ne sont pas identiques pour des raisons diverses comme: les tolérances de fabrication mécanique, les usures inégales, les charges réparties différemment, etc.... Comme mobile programmé auquel l'invention est applicable on peut citer les petits véhicules appelés "souris" ou "tortues" qui se déplacent en se conformant aux instructions d'un programme préétabli. Un tel mobile doit souvent décrire différentes figures géométriques, principa- lement quand il est utilisé pour l'exécution d'exercices pratiques dans le cadre de l'enseignement, à l'occasion de cours de mathématiques, de mécanique ou de micro-informatique. On demande souvent à ce mobile de tracer sa tra- jectoire sur le plan o il est posé. Quand il revient à son point de départ après avoir décrit des courbes, des lignes brisées, le point de retour doit être pratiquement confondu avec le point de départ; autrement dit les deux points ne doivent différer que de quelques dizièmes de millimètre. Pour que le mobile puisse effectuer des retours en arrière en ne traçant qu'une seule ligne à points de rebroussement, l'élément traceur est disposé sur la verticale de son centre d'inertie, à égale distance entre deux roues motrices. Ces dernières sont des roues indépendantes entral- nées chacune par un moteur pas à pas dont la rotation est commandée individuellement par un programme préenregistré. Avec un mobile qui a deux roues motrices espacées d'une distance e, ayant chacune un diamètre d, quand ce mobile tourne autour de la verticale passant entre ces roues à égale distance de l'une et de l'autre, il tourne sur lui- -même exactement autour de cette verticale quand les deux roues décrivent des chemins identiques. Pour un angle b de rotation du mobile sur luimême, chaque roue doit parcourir un arc de cercle égal à b.e/2 en tournant d'un angle a et en roulant sur une distance égale à a.d/2. Il en résulte pour chaque roue l'égalité b = a.d/e. Or, le rapport d n'a pas une valeur constante; il dépend des tolérances mécaniques affectant la distance e et le diamètre d des roues. Il pourrait être corrigé et ajusté mécaniquement au moment de la construction des mobiles. Outre que cette manière de faire est coûteuse, elle n'est pas suffisante puisque le rapport de dépend aussi de l'usure des roues ou de l'écrasement différent de leur bandage caoutchou- té, pour des raisons diverses (matière non homogène, charge excentrée, charge variable, etc...). L'invention a pour but principal de parvenir à un dispositif qui permet d'imposer à un mobile du type défini plus haut une trajectoire parfaitement déterminée quelles que soient ses imperfections mécaniques, plus précisément quelles que soient les différences dimensionnelles qui affectent la distance e et les diamètres d des roues. Un dispositif conforme à l'invention est consti- tué par un circuit correcteur relié aux circuits de program- mation qui commandent à chaque moteur pas à pas accouplé à une roue l'exécution d'un nombre déterminé de pas, ce circuit correcteur modifiant le nombre déterminé de pas dans le sens voulu pour compenser l'écart dû aux imperfections mécaniques. Quand la roue tourne dans un sens, par exemple dans le sens de la marche avant, le nombre déterminé de pas est modifié par addition ou par soustraction (selon le défaut à corriger) d'un nombre correcteur de pas à chaque quantité de pas à exécuter. De préférence, le circuit correcteur comprend un commutateur à n contacts électriques bistables, ayant donc chacun deux états dont l'un est l'état O et l'autre l'état 1, permettant de représenter 2n valeurs décimales à l'aide desquelles on peut introduire le nombre correcteur qui doit être ajouté ou retranché à chaque quantité q de pas programmés à exécuter. Un circuit correcteur ainsi conçu est relié à un microprocesseur à programmation pour indiquer à ce dernier pendant le déroulement du programme un nombre correcteur devant modifier le nombre de pas exécutés par les roues, par rapport au nombre de pas commandé par la programmation - par exemple à chaque quantité q de pas à exécuter - en compensa- tion des écarts dus aux imperfections mécaniques. Il est avantageux de prévoir dans le circuit correcteur un commutateur à cinq contacts électriques bistables, ce qui permet d'introduire 32 valeurs décimales allant de O à 31 en fonction de l'état ouvert ou fermé donné à chaque contact. Il est apparu aussi qu'il est possible de choisir, pour la quantité q de pas nécessitant une correction, la valeur de 2880 pas avec des moteurs pas à pas faisant 48 pas par tour et accouplés à la roue correspondante par i' intermédiaire d'un réducteur de rapport 1/30. On donnera maintenant une description permettant de mieux comprendre comment réaliser un dispositif de cor- rection conforme à l'invention. On se reportera au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une représentation schématique des deux roues d'un mobile effectuant un tour sur lui-même, - la figure 2 est un schéma montrant comment déterminer le nombre correcteur que l'on introduit ensuite à l'aide du commutateur, - la figure 3 est un schéma synoptique qui indique comment est branché le circuit correcteur de l'invention dans un mobile programme. La figure 1 montre seulement les deux roues motrices 1 et 2 d'un mobile programme; elles ont chacune un diamètre d et elles sont écartées d'une distance e sur un axe commun de rotation désigné par la référence 3. Au milieu de ce dernier passe un axe vertical 4 qui est l'axe général du mobile. Quand celui-ci tourne sur lui-même autour de cet axe 4 d'un angle b, chaque roue doit parcourir une distance b.e/2, ce qui veut dire que chaque roue doit tourner exacte- ment d'un angle a afin que l'égalité b.e/2 = a.d/2 soit satisfaite. Si l'axe vertical 4 n'est pas exactement équi- distant des roues 1 et 2 et si les diamètres d de ces dernières ne sont pas rigoureusement égaux, le mobile se déplacera autour de son axe 4 au lieu de tourner sur lui- -même. Pour des raisons déjà dites plus haut, on ne parvient pas sans correction à ce résultat parfait. Pour mesurer l'inexactitude des mouvements du mobile, c'est-à-dire les écarts de déplacement, et pour déterminer la correction à effectuer, on procède de la façon suivante (figure 2). On fait se déplacer le mobile à partir d'un point A, en ligne droite sur une distance L, par exemple sur 500 mm, jusqu'à un point B. On commande alors au mobile l'exécution d'une rotation de 360 sur lui-même autour de son axe 4 puis on le fait revenir en marche arrière, en ligne droite, sur une distance identique L. Si le mobile était parfait, il reviendrait exactement au point B. En raison des imperfections, il s'arrête à un point C qui est distant du point A d'une longueur x et les deux droites AB et BC font un angle c que l'on peut déterminer facilement en admettant que tg c = x/500. Quand la distance e entre les roues 1, 2 vaut 300 mm et le diamètre d de chaque roue 50 mm, chaque roue doit faire 6 tours quand le mobile fait un tour sur lui- -même; par conséquent, avec un réducteur de rapport 1/30 accouplé entre chaque roue et chaque moteur faisant 48 pas par tour, on voit que chaque moteur doit faire 6 x 30 x 48 = = 8640 pas pour un tour sur lui-même du mobile. Chaque pas des moteurs correspond donc à un angle de rotation du mobile autour de l'axe 4 de 360 /8640 = 0,0417 . Le rapport angle c/0, 0417 donne le nombre de pas qu'il aurait fallu imposer aux roues, en supplément dans cet exemple, pour que la distance x soit nulle et que les points A et C soient confondus. Une telle correction est d'une grande précision et on peut se demander si elle est nécessaire avec une construction mécanique de qualité courante. Plus la qualité mécanique est mauvaise, moins elle coûte cher mais aussi plus la correction électrique compensatrice doit être importante et précise, plus elle coûte cher. Dans le cadre de l'invention, il a été établi qu'il est préférable d'adopter une capacité de correction unitaire de 0,125 seulement; une telle correction est satisfaisante avec une construction mécanique de qualité courante et elle se réalise à l'aide de moyens électriques économiques. Cette capacité de correction unitaire de 0,125 correspond à 3 pas de plus ou de moins du moteur pour une rotation de 360 du mobile sur lui-même, ce qui revient à une correction de 1 pas pour 8640/3 = 2880 pas que doit exécuter le moteur ou de 1 pas pour 96 pas que doit effec- tuer la roue correspondante. On effectue alors avantageusement cette correc- tion à l'aide d'un circuit correcteur comprenant un commutateur, disponible dans le commerce, à 5 contacts électriques bistables qui permet en attribuant à chaque contact la valeur O à l'état ouvert et les valeurs respec- tives 1 - 2 - 4 - 8 - 16 à l'état fermé d'introduire 32 valeurs décimales (de O à 31) dans le circuit correcteur. Ce nombre correcteur maximum de 31 pas pour 2880 pas (une rotation de 120 ) du moteur est largement suffisant avec une qualité courante de la mécanique et une usure prévisible normale. Apres calcul comme expliqué plus haut de l'écart dû aux imperfections mécaniques, écart qui se modifie dans le temps, on introduit le nombre, choisi entre O à 31 past que le circuit correcteur impose à chaque quantité q fixée à 2880 pas chaque fois qu'un moteur doit effectuer cette quantité q de pas conformément aux instructions qui provien- nent des circuits de programmation. En se reportant à la figure 3, on voit que dans un mobile ayant pour l'entraînement de chaque roue motrice 1 ou 2 un moteur correspondant 5, ce moteur est raccordé à un circuit de commande 6 qui le met en fonction conformément à des instructions qui lui parviennent d'un microprocesseur 7; celui-ci traduit un programme - qui ne fait pas partie de l'invention - et qui détermine les évolutions du mobile. La traduction consiste à fournir à chaque circuit de commande 6 les ordres d'exécution d'un certain nombre de pas du moteur dans un sens ou dans le sens opposé d'o découlent les mouvements désirés du mobile. Le circuit correcteur 8 qui comprend le commutateur 9 décrit plus haut est relié au microprocesseur 7; ce dernier apporte la correction qui a été indiquée à l'aide du commutateur 9 chaque fois que le- programme contient une quantité q de pas à exécuter dans un même sens par le moteur 5 correspondant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de correction-des imperfections mécaniques se traduisant par des écarts de déplacement des roues d'un mobile ayant deux roues motrices indépendantes (1, 2) entraînées chacune par un moteur pas à pas correspondant, montées autour d'un même axe (3) de rotation, ce mobile ayant un axe vertical général (4) passant par le milieu de l'axe de rotation (3) et effectuant des mouvements divers commandés par un microprocesseur à programmation, caractérisé en ce qu'un circuit correcteur est relié à ce microprocesseur pour indiquer à ce dernier un nombre correcteur modifiant le nombre de pas exécutés par les roues, par rapport au nombre de pas commandé par la progranmration, en compensation des écarts dus aux imperfections mécaniques. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit correcteur comprend un moyen d'introduc- tion d'un nombre correcteur prédéterminé de pas à chaque quantité -q de pas à exécuter par chaque moteur. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit correcteur comprend un commutateur à contacts électriques bistables. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que chacun des 5 contacts électriques bistables a, dans un état, la signification 0, et dans l'autre état respectivement l'une des significations 1 - 2 - 4 - 8 - 16. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit correcteur a une capacité de correction unitaire de 0,125 de rotation du moteur. 6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit correcteur a une capacité de correction unitaire de 1 pas pour chaque quantité de 96 pas que doit effectuer chaque roue (1, 2).