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Ceci est une ancienne révision du document !


Projet de revival du sémaphore pour l'expo de l'hiver 2018-2019.

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.

Description

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.

Idées

  • 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.

Dimensionnements

D'après wikipedia

  • Le mât mesure 7m de haut
  • Le régulateur mesure 4,60 m de long et 0,35 m de large
  • Les indicateurs mesurent 2 m de long et 0,30 m de large

En notant l la plus petite largeur, on peut exprimer toutes les dimensions à l'échelle ainsi:

  • Les indicateurs mesurent 20xl/3 par l
  • Le régulateur mesure 46xl/3 par 7xl/6
  • Le mât mesure 70xl/3

On peut alors déterminer:

  • L'overlaps du régulateur avec l'indicateur vaut l/2 + 7xl/12 = 13xl/12
  • L'envergure du sémaphore est de 46xl/3 + 2x 20xl/3 - l - 7xl/6 = 159xl/6 = 53xl/2
  • La hauteur maximale sera supérieure à h + la moitié de l'envergure

Techniques

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.

De la théorie pour peu de moteurs

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.

Premier proto de Max

Pour un premier prototype, on va essayer de conserver une envergure plutôt faible < 1/2 mètre. Si on choisit l = 18mm, alors :

  • un indicateur mesurera 120mm par 18mm
  • le régulateur mesurera 276mm par 21mm
  • l'envergure total sera de 477mm
  • le mât haut de 420mm
  • la hauteur max de 660mm environ.

Hypothèse de départ pour les mesures des différentes pièces :

  • Indicateurs: 120mm x 18mm
  • Régulateur: 276mm x 21mm
  • Mât: 420mm x 21mm

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.

Choix des poulies et des courroies

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 < 21mm.

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/

Les poulies aluminium répendues pour monter sur les moteurs pas à pas ont :

  • 16 dents ⇒ le moins onéreux !
  • 20 dents
  • 30 dents
  • 36 dents
  • 40 dents

Les 2 transmissions des indicateurs

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 127.5mm. La taille de la courroie nécéssaire est donc de 255 + la somme des dents des poulies. Avec des poulies de 32 dents, cela donne une courroie de 319mm. Il existe des courroies de 320mm. Il faudrait donc voir comment tendre cette courroie, peut être allonger le régulateur de 0.5 à 1 mm.

Les 3 transmissions sur l'arbre du régulateur

En partant d'un mât de 420 mm de haut, l'entraxe vertical maximal vaut 420mm - 21mm (déport côté moteur nema 17) - 3mm (déport entretoise moteur) soit 396mm. Avec des poulies de 16 et 32 dents, cela nécessite une courroie de 840mm de long. Des courroies de 810mm et 848mm de long sont disponibles.

  • La courroie de 810mm necessite de réhausser les moteurs de 15mm. Un système de cette epessaieur peu embarqué un tendeur.
  • La courroie de 848mm mécéssite un décalage de 57 mm pour être tendu, ce qui peu permettre de décaler les moteurs. Une augmentation du nombre de dents du côté du moteur peut également permettre de tendre

Les tendeurs

Autant que faire se peu, les courroies seront tendus en ajustant l'entraxe entre les moteurs et les poulies. La transmision des indicateurs devra faire l'objet de mesure précise pour que l'entraxe permette de parfaitement tendre les courroies de 320mm.

Les roulements

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. Le 624-ZZ parait suffisant et suffisament étroit pour pouvoir monter des poulies dessus.

Les moteurs

Combien de Nm sont nécéssaires ?

Calcul du couple en statique

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.

Calcul du couple en dynamique (accélération)

Choix

  • 3 Nema 17 plus répendus pour faire simple
  • 2 courroies de 320 mm pour la transmission “mobile” (des indicateurs)
  • 3 courories de 848 mm pour la transmission “static”
  • des poulies aluminium de 16 et 36 dents sur les moteurs
  • des poulies de 32 dents imprimés en 3D pour la transmission
  • 3 roulements à billes 624-ZZ de 13mm x 5mm (4mm interieur)
  • taille des indicateurs: 120mm x 18mm
  • taille du régulateur: 276mm x 21mm (attention peut être augmenter de 1 à 2 mm la longeur pour tendre les courroies de 320mm)
  • taille du mât: 420mm entre le palier des moteurs et l'axe de rotation

Resources

semaphore_projet.1539814017.txt.gz · Dernière modification : 2018/10/17 22:06 de bigMax