Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

A2020 – SI MP ÉCOLE DES PONTS PARISTECH, ISAE-SUPAERO, ENSTA PARIS, TELECOM PAR

A2020 – SI MP ÉCOLE DES PONTS PARISTECH, ISAE-SUPAERO, ENSTA PARIS, TELECOM PARIS, MINES PARISTECH, MINES SAINT-ÉTIENNE, MINES NANCY, IMT Atlantique, ENSAE PARIS, CHIMIE PARISTECH. Concours Centrale-Supélec (Cycle International), Concours Mines-Télécom, Concours Commun TPE/EIVP. CONCOURS 2020 ÉPREUVE DE SCIENCES INDUSTRIELLES Durée de l’épreuve : 3 heures L’usage de la calculatrice et de tout dispositif électronique est interdit. Les candidats sont priés de mentionner de façon apparente sur la première page de la copie : SCIENCES INDUSTRIELLES - MP L’énoncé de cette épreuve comporte 16 pages de texte et un fascicule de 3 pages regroupant les annexes de 1 à 3. Le travail doit être reporté sur un document-réponse de 12 pages distribué avec le sujet. Un seul document-réponse est fourni au candidat. Le renouvellement de ce document en cours d’épreuve est interdit. Pour valider ce document-réponse, chaque candidat doit obligatoirement y inscrire à l’encre, à l’intérieur du rectangle d’anonymat situé en haut de chaque copie, ses nom, prénoms, numéro d’inscription et signature. Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu’il est amené à prendre. Les sujets sont la propriété du GIP CCMP. Ils sont publiés les termes de la licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Pas de Modiﬁcation 3.0 France. Tout autre usage est soumis à une autorisation préalable du Concours commun Mines Ponts. MP 1 Tourner la page S.V.P. Manipulateur FESTO EXCM-30 I. PRÉSENTATION I.1 Contexte et solution industrielle Figure 1 : l’EXM-30 muni d’un troisième axe (vertical) La production industrielle fait largement appel aux robots ; ceux-ci constituent un investissement coûteux. La rapidité d’évolution des objets produits et les exigences de rentabilité justifient d’employer des solutions de production flexibles, de sorte à adapter au plus vite les outils aux nouveaux produits. C’est précisément pour répondre à ces exigences que FESTO, un des leaders mondiaux de systèmes d’automatisation pneumatiques et électriques, a développé un manipulateur à grande vitesse pour des opérations dynamiques de manipulation et d’assemblage de petites pièces (figure 1). Ce robot cartésien deux axes (en robotique, un axe désigne un ensemble formé d’un actionneur, d’un effecteur et de la chaîne de transmission de puissance entre les deux) permet à un chariot d’atteindre une position quelconque dans un plan délimité par les dimensions du manipulateur. La cinématique est assurée par deux moteurs pas à pas qui entrainent une seule courroie crantée comme illustré sur la figure 2 et sur l’annexe 1. On propose ici d’étudier la faisabilité d’utiliser le manipulateur EXCM-30, muni d’un troisième axe de translation (appelé par la suite « axe Z ») fixé sur le chariot pour mouvoir une unité de vissage/dévissage (appelée par la suite « visseuse ») sur une unité de production automatisée (figure 3). Figure 3 : poste de vissage Figure 2 : le chariot de l’EXCM-30 est mû par deux moteurs et une courroie crantée Traverse 1 Chariot 2 Axe Z Chariot 2 Moteur M1 Moteur M2 Traverse 1 Traverse 1 Visseuse Axe Z MP Page 2 I.2 Cahier des charges Le manipulateur, muni de l’axe Z sur lequel est adaptée la visseuse, est intégré à un ensemble de production. Pour être sûr que les opérations de vissage se déroulent sans problèmes, de manière à ne pas perturber la cadence de production, le client attend que le manipulateur respecte le cahier des charges partiel reporté dans le tableau 1. Exigence client Intitulé Critère Niveau C.1 La précision de positionnement de chaque vis doit être suffisante. Erreur statique de position sur chaque direction du plan < 0,05 mm Dépassement nul C.2 La visseuse doit être déplacée dans un temps compatible avec les cadences de production. Temps de déplacement d’un point à un autre < 2 s Tableau 1 : liste (non exhaustive) des exigences du poste de vissage La société FESTO a par ailleurs défini un cahier des charges général du manipulateur, transversal à son implantation dans une quelconque entreprise (figure 4). L’objectif de l’étude partiellement conduite ici est de proposer et valider des solutions constructives et des réglages du manipulateur EXCM-30 de sorte qu’il puisse convenir à l’utilisation prévue. Figure 4 : diagramme des exigences partiel I.3 Description du manipulateur Le manipulateur (vue de dessus reportée en annexe 1) est constitué d’un chariot 2 se déplaçant en translation rectiligne selon la direction y sur une traverse 1 ; celle-ci est en translation rectiligne selon la direction x par rapport au bâti 0. req [Modèle]EXCM[Cahier des charges] « functional Requirement » Déplacer Id = "1" Text = " Déplacer l’outil embarqué d’un emplace- ment à un autre. " « functional Requirement » Positionnement Id = "1.1" Text = " Positionner l’outil embarqué dans le plan de travail. " « functional Requirement » Logique de commande Id = "1.2" Text = " La logique de commande doit inclure un mode automatique program- mable et un mode manuel (apprentissage). " « performance Requirement » Précision Id = "1.1.1" Text = " La précision du positionnement de l’outil doit être compatible avec le cahier des charges du poste de travail du client. " « performance Requirement » Rapidité Id = "1.1.2" Text = " Le temps de transfert de l’outil d’un emplacement à un autre doit être compatible avec le cahier des charges du poste de travail du client. " « interface Requirement » IHM Id = "1.2.1" Text = " La commande automatique est gérée depuis un ordinateur. " « performance Requirement » Mise en sécurité Id = "1.2.2" Text = " Un protocole de sauvegarde doit être mis en action pour toute anomalie détectée durant le fonction- nement. " MP Page 3 Une unique courroie crantée est utilisée pour transmettre les mouvements des poulies motrices P1 et P2 (solidaires respectivement des rotors des moteurs-freins M1 et M2) à la traverse 1 et au chariot 2. Les extrémités de cette courroie sont liées au chariot 2 aux points A et L. Le choix de la transmission par poulies et courroie crantées est justifié pour supprimer tout glissement entre les poulies motrices et la courroie. Les poulies P1, P2, P3 et P4 sont en liaison pivot avec le bâti 0, d’axe orienté par la direction z ; les poulies P5, P6, P7 et Pϴ sont en liaison pivot avec la traverse 1, d’axe orienté par la direction z . II. ÉTABLISSEMENT DE LA LOGIQUE DE COMMANDE L͛Žbjecƚif de ceƚƚe Ɖaƌƚie eƐƚ de vérifier que la logique de commande respecte bien certaines exigences du cahier des charges. La sécurité des biens et des personnes nécessite d’imposer des exigences particulières à la commande du manipulateur ; certaines d’entre elles sont reportées dans le tableau 2. Exigence Intitulé Critère Niveau ld.1221 Le mode automatique ne peut être enclenché qu’après un retour en position initiale. Accès au mode automatique par action sur le bouton poussoir « dep » Inopérant tant que le manipulateur n’est pas en position initiale ld.1222 Sur demande de l’opérateur, quelle que soit sa position courante, le chariot doit retourner en autonomie à la position initiale. Retour du chariot en position initiale par action sur le bouton poussoir « ret_pi » Uniquement à partir d’un état d’immobilité du manipulateur Tableau 2 : liste (non exhaustive) des exigences du poste de vissage II.1 Description du processus normal Le fonctionnement normal du manipulateur, décrit dans le diagramme d’états reporté sur la figure 5, comprend les états suivants : x Attente : le manipulateur est sous tension et immobile ; x Mode manuel : l’opérateur peut commander directement chaque axe motorisé ; x Mode automatique : le manipulateur répète en continu le processus de vissage complet ; x Retour en PI : le chariot du manipulateur revient en position initiale. La description des variables logiques est reportée dans le tableau 3. Figure 5 : diagramme d’états MP Page 4 Variable Description Variable Description pos_init manipulateur en position initiale manu mode de fonctionnement manuel profil_v précise la loi de commande des moteurs = v_maxi : évolution à vitesse maxi = v_mini : évolution à vitesse lente = v_manu : vitesse choisie par l’opérateur = auto : vitesse déterminée par logiciel auto mode de fonctionnement automatique Le choix du mode de fonctionnement est réalisé par un sélecteur à 2 positions stables Prog_RET_PI exécution du programme de retour en position initiale dep départ en mode automatique ret_pi retour en position initiale demandé stop arrêt demandé (variable mémorisée) Tableau 3 : variables utilisées dans le diagramme d’états On estime à trois secondes (3 s) la durée fixe de l’ensemble des opérations commandées par le programme de retour en position initiale (Prog_RET_PI). Compléter sur le document-réponses (figure R1) le chronogramme indiquant les états successifs de l’EXCM-30. Conclure quant au respect de l’exigence 1.2.2.1 du cahier des charges. II.2 Élaboration des consignes articulaires Le pilotage du manipulateur est effectué en envoyant des consignes de position angulaire aux moteurs (appelées consignes articulaires). La connaissance de la position du chariot en fonction des consignes articulaires s’appelle en robotique le uploads/Industriel/ mines-ponts-mp-2020-manipulateur-festo-sujet-copie.pdf