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Créer une installation de sémaphore Chappe et rejouer l'histoire du premier acte de piratage de réseau d'informations de l'histoire.

Soit un réseau de sémaphore Chappe (au moins 3 à échelles réduites) l'utilisateur rentre un texte dans une interface informatique , il est transmis avec des “erreurs” a un décodeur via le télégraphe, et affiché plus loin.

Note: en informatique, le sémaphore n'est pas un moyen de communication.

Il s'agit dans sa forme décrite sur wikipedia d'un bras articulé en son centre autour d'axe nommé le régulateur, avec à chaque extrémité un autre bras articulé, nommés les indicateurs. Il y a 3 articulations de type pivot. Une au centre du régulateur, 2 autres aux extrémités du régulateur, raccordant les indicateurs.

• Comment reproduire simplement ce mouvement ?
• Peut-on le faire avec un seul moteur ?
• Peut-on faire de la reconnaissance vidéo ?
• Apprentissage supervisé : on code la grammaire du sémaphore, puis on automatise la création d'un gros jeu de données d'images du sémaphore.
• Apprentissage non supervisé : on laisse une IA apprendre à utiliser les moteurs du sémaphore avec un retour vidéo du sémaphore. ⇒ L'apprentissage peut être chouette à voir.

Au doigt mouillé :

• la longueur de chaque indicateur mesure environ 1/3 du régulateur
• la largeur des indicateurs et du régulateur est la même
• la largeur des indicateurs est de 1/4 à 1/5 de leur longueur
• le mât doit être plus long que la longueur du régulateur

En choisissant la largeur des indicateurs, on peut déterminer toutes les dimensions du sémaphore. Soit l la largeur des indicateurs et du régulateur, soit h la hauteur du mât.

• un indicateur mesure 4-5l x l.
• le régulateur mesure 12-15l x l.
• L'envergure du sémaphore est de 12-15l + 2 x 4-5l - 2l = 18-23l.
• Pour faire simple, h doit être supérieur à la moitié de l'envergure (ajouter 1l pour l'axe de rotation du régulateur), soit 11l-13l.
• La hauteur max sera supérieur à h + la moitié de l'envergure, soit environ h + 10l-12l.

Les combinaisons du code alphanumérique Chappe sur la page wikipedia :

• 4 angles possible pour le régulateur (0°, 45°, 90°, 135°). Faire pivoter le régulateur à 180° revient à le ramener en position initial.
• 9 combinaisons possibles pour les 2 indicateurs (chaque indicateur à 3 positions possibles).

Au total on a donc 36 combinaisons possibles. En pratique le code Chappe utilise donc 36 caractères. La lettre J est manquante et est remplacé par un “&”, le chiffre 0 également, il est remplacé par le nombre 10.

Un autre alphabet chappe est disponible sur cette page wikipedia :

• 2 positions possibles pour le régulateur
• 7 positions possibles pour chaque indicateur.

Cela fait donc 2 x 7 x 7 soit 98 combinaisons.

Si on veut n'utiliser qu'un moteur pour faire tourner le régulateur et les indicateurs, on peut imaginer de relier les 3 bras avec des roues dentées et des courroies par exemple. L'envergure du sémaphore vaudra donc 18l

Pour l'alphabet de 36 caracteres, le régulateur doit prendre 8 positions angulaires différentes. L'enjeu est d'être en mesure pour chacune des 8 positions du régulateur de positioner les 5 combinaisons possible des 2 indicateurs.

Pour l'alphabet de 98 caracteres, le régulateur ne prend que 2 positions. Il est envisagable d'utiliser plutôt un servo moteur pour le faire pivoter.

Pour un premier prototype, on va essayer de conserver une envergure plutôt faible < 1/2 mètre. Pour économiser de la place on part sur le dimensionnement d'un indicateur de 4l x 1l. Si on choisit l = 25mm, alors l'envergure total sera de 450mm. La hauteur max de 550mm avec un mât haut de 300mm.

Hypothèse de départ pour les mesures des différentes pièces :

• Indicateurs: 25mm x 100mm
• Régulateur: 25mm x 300mm
• Mât: 25mm x 300mm

Pour que le fonctionnement reste simple, et que tous les mouvements soient possibles et fluides (artistique ++), je pars sur 3 moteurs pas à pas qui commanderont indépendamment le régulateur et les indicateurs. Les forces motrices seront transmises par des courroies crantés. Je disposerai 2 poulies sur l'axe de rotation du régulateur pour transmettre le mouvement de rotation aux indicateurs. Cela nécessite 5 roulements. 3 sur l'axe de rotation du régulateur et 2 autres sur les axes de rotation des indicateurs. Il faut prévoir des tendeurs pour les courroies. Je prévoit de réaliser des roues dentés à l'imprimante 3D. C'est roues dentées pourraient embarquer un roulement à bille et venir se serrer sur les pièces mobiles : régulateur et indicateurs.

Un choix simple est d'utiliser des courroies et poulies GT2: pas de 2mm, largeur 6mm. Toutes les poulies que l'on utilisera peuvent avoir la même taille pour faire simple, il n'y a pas besoin de démultiplication du couple. Esthétiquement, les courroies ne devraient pas dépassés, donc le diamètre des poulies plus la largeur de la courroie ne devraient pas dépasser la largeur l. ⇒ diamètre exterieur maximum des poulies < 24mm.

Taille des poulies / roues dentées : < 37 dents (74mm avec une GT2 ce qui correspond à un diamètre exterieur < 24mm. Taille des courroies ? 2x entraxe (distance entre les axes) + pitch * 1/2 la somme des dents des poulies.

Un calculateur interessant : https://www.bbman.com/belt-length-calculator/

Si on part sur des poulies de 32 dents, cela est pratique car 32 est une puissance de 2. 32 dents implique un diamètre exterieur de 20,4 mm environ.

Pour simplifier, on va essayer de positionner ces courroies sans utiliser de tendeur.

Les 2 courroie des indicateurs on un entraxe facile à déterminé : c'est la moitié de la longeur du régulateur moins 1/2 largeur. soit 7l. La taille de la courroie nécéssaire serait donc de 2x 7l + pitch * 16 * 2 = 2 x 7 x 25 + 2 x 16 x 2 = 364mm. Voici une courroie de 350mm : https://www.robotdigg.com/product/285 Voici une courroie de 400mm : https://www.imp3d-france.com/article/451/courroie-fermee-gt2-400mm

Ces tailles standard devraient guider la taille du régulateur.

• avec une courroie de 350mm ⇒ entraxe = (350 - 64) / 2 = 143mm
• avec une courroie de 400mm ⇒ entraxe = (400 - 64) / 2 = 168mm (Ce choix allongerait un peu le régulateur, il en résulterait une esthétique plus fine, plus élancée. Je pars sur ce choix.)

En partant d'un mât de 300 mm de haut, l'entraxe vertical maximal vaut 300 - 25 mm soit 275mm. Toujours avec des poulies de 32 dents, cela nécessite une courroie de 614mm de long. Des courroies de 670mm et 752mm de long sont disponibles, cela nécessitera donc un tendeur. Si l'on utilise pas de tendeur, il faudra beaucoup déporter les moteurs pour arriver à tendre les courroies.

Comment tendre les courroies ? Déporter les moteurs ? Ajouter une poulie pour tendre la couroie ? Ajouter un ressort pour ajuster la tension ?

Des roulements < 25mm les moins chère:

• MR104-2RS: 4mm int 10mm ext 4mm larg (étanche à l'eau)
• 624-ZZ: 4mm int 13mm ext 5mm larg (étanche à la poussière)
• 634-2RS: 4mm int 16mm ext 5mm larg (étanche à l'eau)

Pour le choix du roulement, plus le roulement est épais, plus il est facile à employer.

Combien de Nm sont nécéssaires ?

Le régulateur doit tourner sans sourciller même lorsque les indicateurs le déséquilibre. Pour simplifier les calculs, imaginons que la pire situation de déséquilibre est le déploiement maximal d'un indicateur à droite et l'absence d'indicateur à gauche (l'indicateur n'est pas monté). Le centre de gravité de l'indicateur est en son centre. Le calcul du bras de levier est donc simplement la masse de l'indicateur au bout du régulateur + la moitié de la longeur de l'indicateur, soit environ 7l + 2l = 9l. Arrondissont à 10l.

La masse d'un indicateur ? Un indicateur à un volume d'environ 100mm x 25mm x 5mm, soit 12,5 cmcube. Avec un contre plaqué de densité 600 Kg par mcube (ce qui est large), cela représente 7,5g. Arrondissons à 10g. Cela représente une Force de 0,01 * 9.81 Kg.m/s² = 0,1 Kg.m/s² ou 0,1 N. Avec un bras de 10l = 250mm, Cela représent un couple de 2,5 N.cm. Pour que le moteur est la pèche dans ces circonstances, on peut choisir un moteur qui a un couple supèrieur à 5 N.cm.

Au pif: 2 Nema 11 (4N.cm) 200pas (28mm x 28mm) et 1 Nema 14 (10N.cm) (35mm x 35mm) ?

Au pire, 3 Nema 17, ce n'est pas perdu.

• Wikipedia Sémaphore
• Wikipedia Télégraphe Chappe