PFE : Conception d’un Bras Robotique Hydraulique pour la Manipulation de Pièces Mécaniques : Guide DIY
Dans le monde de l’automatisation industrielle, la conception de bras robotisés a révolutionné les processus de manutention et d’assemblage de pièces mécaniques. Inspiré par notre PFE (étudiants: Merzougui et Hor) intitulé "Étude et conception d’un bras automatisé pour la manipulation des pièces mécaniques et des assemblages" au Groupe Chimie Tunisien (GCT), ce guide détaille un bras hydraulique robuste, différent des bras à servomoteurs populaires (comme ceux sur Arduino). Ce modèle gère des charges jusqu’à 250 kg avec précision, idéal pour des tâches industrielles exigeantes.
Contrairement aux tutoriels basiques (ex. : sur YouTube ou Omartronics), qui se concentrent sur des bras légers, ce projet intègre des calculs hydrauliques et des plans détaillés, répondant à un besoin de robustesse souvent négligé.
Avantages du Bras Hydraulique pour l’Assemblage
- Force et Précision: Une force de serrage de 10 kN garantit une prise ferme sans surchauffe.
- Coût Abordable: Moins de 5000 € pour un prototype avec des composants standards.
- Sécurité Améliorée: Des limiteurs de pression évitent les surcharges, un point faible des designs similaires.
Étapes de Conception et Réalisation
Analyse Fonctionnelle et Identification des Besoins
Définis les besoins avec un diagramme "bête à corne" : gripper, positionner, pivoter, relâcher. Mon objectif était de réduire la main-d’œuvre de 70 % en automatisant le transfert de pièces de 250 kg, validé par des retours GCT (vitesse : 2 m/min, fiabilité : 99 %).
Solutions Techniques avec le Diagramme FAST
Le diagramme FAST décompose les fonctions : déplacement vertical (500 mm via vérin), rotation X (180°) et Z (90°) via engrenages.
Figure 2: Histogramme d’hiérarchisation des fonctions de services
Figure 3: Bras Robotique Hydraulique pour la Manipulation de Pièces Mécaniques
Calculs et Dimensionnement
- Pince: Force de serrage calculée (F = μ * N) donne une poutre de mâchoire de 35 mm, avec un stress max de 150 MPa (sous limite de 250 MPa).
- Moteur Hydraulique: Couple de 48 Nm à 150 tr/min, avec une pompe de 5 kW pour 100 L/min.
- Arbre et Poutres: Arbres de 20 mm résistent à 2 kN de cisaillement, vérifiés graphiquement.
Circuit Hydraulique
Un distributeur monobloc avec limiteurs (200 bar) et étrangleurs assure un débit contrôlé. Le rendement de 85 % surpasse les systèmes électriques pour les charges lourdes.
Figure 4: cycle de diffèrent puissance dans le circuit hydraulique
Assemblage et Tests
Assemble en séquence : base, bras vertical, poutre intermédiaire, pince. Teste avec des charges factices, calibrant via PLC pour des cycles de 30 s. Vérifie les soudures (efficacité 80 %) pour éviter les échecs courants.
Figure 5: cordon soudure
Télécharge les Plans Complets
Ce projet a réduit de 40 % le temps d’assemblage au GCT. Télécharge les PDF gratuits : schémas, nomenclature et dessin d'ensemble.
Télécharger les Plans du Bras Robotique PDF
Conclusion
Ce bras robotique hydraulique DIY ouvre la voie à l’innovation. Plus détaillé que les tutoriels standards, il est prêt pour des applications industrielles. Partagez vos réalisations en commentaire !
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FAQ : Questions Fréquentes sur la Conception d’un Bras Robotique Hydraulique
Qu’est-ce que ce projet de bras robotique hydraulique ?
Ce projet, issu de mon PFE au Groupe Chimie Tunisien (GCT), vise à concevoir un bras automatisé pour manipuler et assembler des pièces mécaniques lourdes (jusqu’à 50 kg). Il utilise des systèmes hydrauliques pour une force et une précision supérieures, idéal pour des applications industrielles comme le positionnement sur une presse.
Quels sont les matériaux et outils nécessaires pour le construire ?
Les principaux composants incluent des vérins hydrauliques (50 mm de diamètre, 200 mm de course), une pompe à engrenages (100 L/min), des arbres en acier (20 mm), des poutres et une pince. Outils : logiciel CAD comme Fusion360, poste à souder MIG/TIG, fraiseuse ou imprimante 3D. Consultez la liste détaillée dans l’article pour une nomenclature complète.
Combien coûte la réalisation de ce bras robotique DIY ?
Le coût estimatif pour un prototype est d’environ 1500 à 2000 €, en utilisant des pièces standards disponibles chez des fournisseurs hydrauliques et métallurgiques. Cela inclut les vérins, la pompe et les matériaux en acier, mais peut varier selon les personnalisations.
Est-ce difficile à construire pour un débutant ?
Ce projet est de niveau intermédiaire, nécessitant des compétences en mécanique, hydraulique et soudure. Si vous êtes novice, commencez par des simulations en CAD et des tests progressifs. Les plans PDF gratuits incluent des calculs détaillés pour guider l’assemblage.
Où puis-je télécharger les plans et schémas ?
Téléchargez les PDF gratuits ici : Télécharger les Plans du Bras Robotique PDF. Ils contiennent schémas, calculs (force de serrage, couple moteur) et fichiers STEP pour usinage.
Quelles sont les considérations de sécurité ?
Priorisez la sécurité : utilisez des limiteurs de pression (200 bar max), portez des EPI, testez les fuites hydrauliques à basse pression. Évitez les surcharges ; les simulations montrent un stress max de 150 MPa, sous la limite de l’acier.
Peut-on adapter ce bras pour d’autres usages ?
Oui, sa conception modulaire (via diagramme FAST) permet des adaptations, comme changer la pince pour des pièces cylindriques ou prismatiques, ou ajouter des capteurs pour une automatisation IoT. Contactez-moi pour des conseils personnalisés !
Combien de temps faut-il pour l’assembler ?
Comptez 40 à 60 heures, en incluant fabrication et tests. Les étapes clés : analyse fonctionnelle, dimensionnement, assemblage mécanique et circuit hydraulique. Des cycles de test de 30 secondes assurent une efficacité rapide.
Y a-t-il des alternatives électriques au système hydraulique ?
Les systèmes électriques (moteurs pas-à-pas) sont plus simples pour les charges légères, mais moins puissants pour 50 kg. L’hydraulique offre un rendement de 85 % et une force constante, surpassant les alternatives pour les tâches industrielles.
Comment contacter l’auteur pour plus d’infos ?
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