Projets:Perso:Siege dynamique

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Relance du projet par Limesle et Clem


Siège dynamique pour simulateur
Auteur Limesle
Date de proposition 16/11/2012
Tags du projet dynamique, simulateur
Lieu d'utilisation final à la maison
Utilisateur final Ceux qui sont restés joueurs!
Type de projet

Projet personnel de Limesle

Projet Siège dynamique pour simulateur
  • Fabriquation d'un siège dynamique du type : [Lien sur Racing.fr]
  • Projet qui regroupe plusieurs compétences à développer : Electronique et mécanique
  • Projet qui peut fédérer d'autres membres par le plaisir



Les buts poursuivis

  1. Produire un siège efficace dans sa dynamique (puissance vérins ou moteurs, réactivité etc ...)
  2. Rester dans une enveloppe de prix raisonnable (à définir car très relatif tout ça)
  3. Le projet doit être reproductible et donc bien documenté
  4. La machine obtenue doit être suffisament sécure, pour le pilote comme pour les observateurs (Coupe circuit, cellule photo de franchissement ?)
  5. Le résultat doit être adapté à différents jeux : simulation voiture et avion a minima, voire parapente et simulateur vol oiseau
  6. Afin de permettre une bonne immersion, les périphériques et écrans devraient être solidaires du siège (ex : [vidéo])
  7. autre solution : google cardboard ou Oculus Rift ou autre HTC Vive


Les rubriques liées au développement seront :

  • La structure support
  • Les actionneurs
  • Les périphériques électroniques (Ordi et écran compris)
  • La carte de control
  • La programmation et les signaux et/ou informations émis par les jeux et à traduire en mouvement


Les informations de départ

Etat des lieux de la "science" Birdly de Somniacs [[1]] Hypersuit de Theory [[2]]

Cabine 360 [[3]] [[4]]

Exemple d'écrans high tech : [[5]]

L'électronique force feedback

Exemple 2DOS avec base simple et arduino :[[6]]

Les softs de transfert info Jeu vers actionneurs


Les actionneurs

Vérins

Système par vérin double entrée pour avoir toutes les positions possibles.

Exemple à vérin pneumatiques

  • Vidéo : [[9]]
  • Lien Wikipédia : [[10]]
  • Site techniques :

Moteurs Pas à Pas

Gyroscopes

Les différents types de machines

Types de plateforme

2 DoF

3 DoF

Type rotations

2 DoF Joyrider

2 DoF 360°

Exemple du R360 de SEGA, à 2 axes en révolution complète:

  • Vidéo : [[11]]
  • Lien Wikipédia : [[12]]
  • Site techniques : [[13]] et [[14]]

Exemple de copies chinoises:

  • {ref]
  • {ref]
  • {ref]


A priori l'une des machines les plus compliquées à fabriquer, de par les contraintes... une bonne approche est probablement de fabriquer d'abord une maquette, comme [ref].


Dimensionnement mécanique

WARNING: je suis électronicien. Tout ce qui suit est probablement archi faux et rempli de conneries: merci de critiquer de manière constructive.


Plusieurs approches sont envisageables pour la fabrication: tube acier carré soudé, profilé alu avec assemblage (peut être préférable). Afin de dimensionner de la mécanique/se faire une petite idée, voici un premier crobar très grossier:

  • [insert pic}

Comme on le voit, le tout est constitué de trois modules:

  • une structure, liée au sol
  • un bras, entrainé en rotation
  • une cabine
Version poutres acier

RAPPEL: ce qui suit est hautement théorique et probablement faux.


Pour les masses, considérons ce qu'il faut comme longueur de tube par module:

  • Cabine: 20m de tube
  • Bras: 5m de tube
  • Structure: 12m de tube

On peut du coup faire une estimation du poids de chacun des modules:

  • Masse tube Acier 50x50x3: 4,8kg/m (8000x50x4*3/1000000000)
  • Cabine: 250kg
    • 100kg tubes
    • 15kg siege
    • 100kg personne
    • 15kg motorisation
    • 20kg matériel
  • Bras:85kg
    • 50kg tubes (1m compte pour 2m, car tube plus gros)
    • 15kg motorisation
    • 20kg matériel
  • Structure: 275kg
    • 240kg tubes (1m compte pour 4m, car tube plus gros)
    • 15kg motorisation
    • 20kg materiel

On obtient une masse totale pour la version tube acier d'environ 600kg

On peut du coup s'essayer à des calculs et estimation de Résistance Des Matériaux. C'est vraiment pour le fun, parce que j'y connais rien ! Saint Wikipedia, priez pour moi !

Et c'est parti pour l'application numérique:

  • RDM de la nacelle:
    • 50x50x3mm de section, acier.
    • longerons: L=0.5m, 100/2kg (500N)
    • fleche = 0.47mm....? (d'après ma feuille de calcul excel)
  • RDM Bras:
    • jonction nacelle/bras: poutre extremité L=0.8m, masse statique 250/2kg (1200N)
    • similaire pour l'autre troncon de poutre (axe structure/bras vers angle bras).
    • 100x100x3mm de section, acier.
    • fleche = 0.53mm ...? (d'après ma feuille de calcul excel)
  • RDM structure:
    • L=0.5 (jusqu'à triangle de soutien), masse statique = 350kg (3500N)
    • 200x200x3mm de section, acier.
    • fleche = 0.05 mm...? (d'après ma feuille de calcul excel)

Pour ce que valent ces quelques calculs, les sections 50x50x3 et 100x100x3 sont bien, la 200x200x3 est un peu overkill ;) En prenant les meme longueurs, mais avec du 100x100 on revient à une fleche de 0.38mm sur la structure... Peut être qu'il faut vérifier ces calculs et refaire avec des poutres en profilé alu (qu'on peut choisir avec une résistance similaire à ces poutres acier).

Version poutres profilé alu

A faire, en prenant des poutres à la résistance similaire aux versions acier, comme point de départ?

  • I_Acier_50x50_3 : 20.8 cm^4
  • I_Acier_100x100_3 : 183 cm^4
  • E_Acier: 210 Gpa
  • E_Alu: 69 Gpa

Du coup, il faudrait (pour les même fleches et masses):

  • Alu remplacement du 50x50x3: 63.30 cm^4
  • Alu remplacement du 100x100x3: 557 cm^4


Chez motedis, on trouve plein de choses:

  • Profile 40x40L I-Type slot 8 (section carrée 40x40mm)
    • masse: 1.74kg/m
    • moment x/y: 9 cm^4
    • 9 €/m
    • => clairement trop petit, sauf ptet pour des sous sections...
  • Profile (section rectangle 40x80mm) pas la spec!
    • masse: 3.04kg/m
    • moment 16 et 69cm^4
    • 16€/m
    • => Semble pas mal pour remplacement 50x50x3!
  • Profile 80x80
    • masse: 5.34kg/m
    • moment 135cm^4
    • 30€/m
    • => intermédiaire...


  • Profile 40x120L I-Type slot 8
    • masse: 4.35kg/m
    • moment 24 et 220cm^4
    • 25€/m
    • => intermédiaire...
  • Profile 40x160L I-Type slot 8 (section rectangle 40x160mm)
    • masse: 5.6kg/m
    • moment 30 et 500cm^4
    • 35€/m
    • => remplace le 100x100x3...
Dimensionnement moteur

RAPPEL: ce qui suit est hautement théorique et probablement faux.

Il nous faut modéliser même grossièrement l'ensemble, et en particulier, trouver un moment d'inertie sur chaque axe pour pouvoir calculer l'accélération angulaire pour un couple moteur donné. Pas facile à modéliser quand on est noob, mais disons:

  • pour la nacelle, une boule de 250kg et 1m de diametre => 2/5 * 250 * 1 = 100 kg/m²
  • pour l'ensemble bras/nacelle, une boulle de 350 kg et 1.5m de diametre => 2/5 * 350 * 1.5² = 315 kg/m²

Tout ceci est tout à fait arbitraire, mais dans l'idée, vu la répartition des masses, ce sera OK en première approche/pour un ordre de grandeur.

Calculons maintenant le couple moteur requis sur chaque axe:

  • En regardant les servomoteurs industriels sur Aliexpress (aux alentours de 1kW), on voit qu'ils ont un couple nominal aux alentours de 5N.m à 3000rpm.
  • un réducteur 1:30 (qui passe le couple) donne presque 2 tours/seconde (quand même...), probablement qu'il faut au moins cette réduction, et donc le couple min sera de 150N.m (je néglige les pertes).
  • un réducteur 1:100 donne 2s pour faire un tour, encore respectable, et un couple de 500N.m (!)

Petit retour à saint wikipedia pour calculer l'accélération angulaire, avec la formule J dw = M :

  • 100 kg/m² * dw rad/s² = 150 Nm => 1.5 rad/s² => 86 °/s², 8 secondes pour vmax
  • 315 kg/m² * dw rad/s² = 150 Nm => 0.48 rad/s² => 27 °/s², 25 secondes pour vmax
  • 100 kg/m² * dw rad/s² = 500 Nm => 5 rad/s² => 286 °/s², moins d'1 seconde pour vmax
  • 315 kg/m² * dw rad/s² = 500 Nm => 1.59 rad/s² => 91 °/s², 2 secondes pour vmax

Probablement qu'une réduction plus proche de 100:1 est appropriée... ou bien un couple nominal encore plus important (eg 2kW sur l'axe bras?). Type de pièces:

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