CHAP 3.ppt

Enseignant: Mr Khadr
Aymen
Année universitaire : 2020-
2021

Chapitre3:
Architecture des
systèmes
mécatroniques
1

1
Chapitre3: Architecture des systèmes mécatroniques 2
La mécatronique est en
quelque sorte l'intégration de:
Capteurs et systèmes de
mesure;
Actionneurs
Modélisation des systèmes
La commande
L’électronique
Systèmes à base de
microprocesseurs
1. Approche mécatronique pour la conception

1
1. Approche mécatronique pour la conception
Conception de fonctions couplées par intégration
des aspects mécanique, électronique et informatique.
Concevoir selon le concept d’ingénierie
collaborative.
La démarche mécatronique est une approche de
conception pluridisciplinaire basée sur l’analyse des
sytèmes, leur réalisation et leur contrôle
3
Chapitre3: Architecture des systèmes mécatroniques

1
2. Démarche d’analyse mécatronique
4
Conduire une analyse fonctionnelle
complète de système:
Définir la fonction globale du système
Etablir le graphe des interacteurs
Etablir la liste des fonctions
mécatroniques du système.
Niveau
fonctionnel

1
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Définir les relations entre les différentes
fonctions mécatroniques :
Les flux d’informations
Les flux d’énergie
Les liens structurels (géométrie,
positionnement, assemblages…)
Les liens temporels
Niveau système

1
6
Pour chaque fonction mécatronique identifiée,
définir le mécanisme agissant, la motorisation,
les capteurs, l’électronique de commande,
l’électronique de puissance et la stratégie de
contrôle-commande informatique.
Pour chaque fonction mécatronique on choisira
les technologies les plus adoptées
fonctionnellement et économiquement parmi un
choix de solution
Niveau
composants

1
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Les trois principales composantes d’un système mécatronique étant :
La partie opérative (l'ensemble cinématique avec ses actionneurs et ses
capteurs - Mécanique et Électronique)
La partie commande (l'intelligence du système - Électronique et
Informatique temps réel)
La partie IHM Interface Homme/Machine (le pilotage du système -
Informatique et communication)
3. Description du système automatisé

1
Chapitre1: Introduction à la mécatronique 8
Système commandé: en
interaction avec l’extérieur par
ses capteurs et ses actionneurs
Système commandant: c’est
le corps de système
mécatronique. Son rôle est
d'utiliser les informations issues
des capteurs pour fournir les
décisions appropriées au
système commandé afin
d'accomplir la tache désirée.
(Perception et planification de
contrôle).

1
9
Définitio
n
La fonction principale de tout système pluri-technique est d’apporter une
valeur
ajoutée à un flux de matières, de données , et/ou d’énergies.
Pour chacun de ces trois flux, un ensemble de procédés élémentaires de
stockage, de transport et de conversion est mis en œuvre pour apporter la
valeur ajoutée au flux entrant.
On peut donc distinguer deux parties au sein des systèmes, l’une
agissant sur les flux de données, appelée chaîne d’information, l’autre

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Structure fonctionnelle générale d’un système
automatisé

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4. Chaîne d’information
Définitio
n

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Fonctions génériques de la chaîne d’information et exemples de constituants
identifiables

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Exemple de chaîne d’information (la porte de
garage)

1
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Exemple de chaîne d’information (la porte de
garage)

1
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5. Chaîne d’énergie
Définitio
n

1
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1
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Boîtes fonctionnelles constitutives de la chaîne
d'énergie
Les systèmes mettent en œuvre plusieurs types d'énergie et, pour l'essentiel
d'entre eux, les transforment (en grandeur) et/ou les convertissent (en nature).
Les énergies principalement exploitées ou transformées à ce niveau sont
l'énergie électrique et l'énergie mécanique sous leurs différentes formes.

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Exemple de chaîne d’énergie (la porte de
garage)

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6. Les capteurs
La fonction
(Acquérir)

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6. Les capteurs

1
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6. Les capteurs
Rôle d’un
capteur

1
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6. Les capteurs
Nature de l’information fournie par un
capteur

1
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6. Les capteurs

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6. Les capteurs
Caractéristiques d’un
capteur

1
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6. Les capteurs
Capteurs logiques (Tout ou Rien:
TOR)
Capteurs avec contact
•Mesure de position et déplacement

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6. Les capteurs
Capteur rectiligne
à poussoir
Capteur angulaire
à levier à galet
Capteur à tige souple
à ressort

1
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6. Les capteurs
Capteurs sans contact
•Mesure de proximité, contrôle de présence/absense
•Détection de passage, comptage des pièces

1
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6. Les capteurs
Capteurs
inductifs

1
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6. Les capteurs
Capteurs
capacitifs

1
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6. Les capteurs
Capteurs
magnétiques

1
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6. Les capteurs
Capteurs photoélectriques à distance

1
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6. Les capteurs
Montage type
«Barrage»

1
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6. Les capteurs
Montage type
«Reflex»

1
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6. Les capteurs
Montage type
«Proximité»

1
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6. Les capteurs
Capteurs numériques (les codeurs
optiques)

1
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6. Les capteurs

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6. Les capteurs

1
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6. Les capteurs

1
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6. Les capteurs

1
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6. Les capteurs
La piste centrale est la piste principale, elle détermine dans quel demi-tour la lecture est effectuée.
La piste suivante détermine dans quel quart de tour on se situe, la suivante le huitième de tour etc.
Plus il y aura de pistes plus la lecture angulaire sera précise

1
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6. Les capteurs

1
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6. Les capteurs
Capteurs
analogiques
Les capteurs proportionnels restituent une grandeur électrique (tension,
courant, résistance, capacité, etc.) qui varie proportionnellement à la
grandeur à mesurer.

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6. Les capteurs

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6. Les capteurs

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6. Les capteurs
Choix des capteurs
Pour choisir correctement un capteur, il faudra définir tout d'abord:
- le type d’événement à détecter,
- la nature de l’événement,
- La grandeur de l'événement,
- l'environnement de l'événement.
En fonction de ces paramètres on pourra effectuer un ou plusieurs choix pour un
type de détection. D'autres éléments peuvent permettre de cibler précisément le
capteur à utiliser :
- ses performances,
- son encombrement,
- sa fiabilité (MTBF)
- la nature du signal délivré par le capteur (électrique, pneumatique)
- son prix...

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Démarche d'aide au choix des
capteurs

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7. Constituants de la chaîne d’énergie

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Les
préactionneurs

1
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Les
préactionneurs

1
51
Les
préactionneurs

1
52
Les actionneurs

1
53
Les actionneurs

1
54
Les actionneurs

1
55
Les transmetteurs
(adaptateurs)

1
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1
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Les
effectueurs

1
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8. Les vérins
Types

1
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8. Les vérins
Princi
pe
Un vérin pneumatique ou hydraulique est
un tube cylindrique (le cylindre) dans
lequel une pièce mobile (le piston) sépare
le volume du cylindre en deux chambres
isolées l'une de l'autre. Un ou plusieurs
orifices permettent d'introduire ou
d'évacuer un fluide dans l'une ou l'autre
des chambres et ainsi de déplacer le
piston.
Il transforme l’énergie d’un fluide sous
pression en énergie mécanique
(mouvement avec effort) Ils peuvent
soulever, pousser, tirer, tourner, …

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8. Les vérins
Vérin simple effet
(VSE)
L’ensemble tige-
piston se déplace
dans un seul sens
sous l’action du
fluide sous pression.
Le retour est
effectué
par un autre moyen
: ressort, contre
pression, charge…

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8. Les vérins
Vérin double effet
(VDE)
L’ensemble (tige + piston) peut
se déplacer dans les deux sens
sous l’action du fluide sous
pression. L’effort en poussant
(tige sortante) est légèrement
plus grand que l’effort en tirant
(entrée de tige) car la pression
n’agit pas sur la partie de surface
du piston occupée par la tige.

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8. Les vérins
Shématisati
on

1
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8. Les vérins
Shématisati
on

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8. Les vérins
Caractéristiques d’un vérin
pneumatique
Les vérins sont principalement utilisés lorsque l'on veut des mouvements linéaires
rapides (transfert, serrage, indexage, bridage, éjection, assemblage, …). Ils ont
caractérisés par :
 Le diamètre (D) du piston lié à la tige (8 mm à 320 mm dans les
applications courantes), D est calculé pour obtenir l'effort axial voulu en sortie.
 La course (L) du piston (donc de la tige, de 1 mm à 3000 mm, L est choisie
en fonction du déplacement souhaité
 La pression (p) d'alimentation du vérin (en bar ou en Pascal, 1 bar =100
000 Pa), p est imposée par le réseau de branchement (6 bars en général)
 L'effort théorique développée par le vérin (F) en (Newton) donnée par la
relation : F = p. S
 La vitesse de déplacement (V) de la tige exprimée en m.s-1que l'on
adapte en réglant le débit d'air au niveau de l'échappement (0,2 m.s-1 < V <

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8. Les vérins
Caractéristiques d’un vérin
pneumatique
Pour un vérin double effet la force théorique développée par le vérin n’est pas la
même en poussant et en tirant:

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9. Les distributeurs pneumatiques
Définition
Les distributeurs pneumatiques sont les préactionneurs privilégiés des
actionneurs pneumatiques (vérins). A chaque type d'actionneur
correspond un distributeur pneumatique que l'on caractérise par :
 Son dispositif de commande (mécanique, électrique ou
pneumatique)
 Sa stabilité (monostable ou bistable)
 Le nombre d'orifices de passage de fluide qu'il présente dans
chaque position.

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Commande
(Pilotage)

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Stabilité
Monostable
Le distributeur a besoin d’un ordre pour le faire passer de sa position
repos à sa position travail, et que le retour à sa position repos s’effectue
automatiquement lorsque l’ordre disparaît : il n’est stable que dans sa
position repos.
Bistable
Le distributeur a besoin d’un ordre pour passer de sa position repos à sa
position travail et qu’il reste en position travail à la disparition de cet
ordre. Il ne peut revenir à sa position repos que s’il reçoit un second ordre
: il est stable dans les deux position, repos et travail.

1
70
Shématisati
on
La schématisation d’un distributeur permet de connaître le nombre de
positions, d’orifices, de voies, et les différents types de pilotages. Le
symbole d’un distributeur contient :

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71
Exemples

1
72
Exemples

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73
Câblage d’un vérin simple effet à un
distributeur 3/2
10. Pilotage des vérins à l’aide de distributeurs

1
74
Câblage d’un vérin double effet à un
distributeur 4/2

1
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Câblage d’un vérin double effet à un
distributeur 5/2

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