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  3. Bras robot articulé, liaison d’assemblage
Extrait - Fusion 360 Initiation à la modélisation 3D et créations appliquées
Extraits du livre
Fusion 360 Initiation à la modélisation 3D et créations appliquées
11 avis
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Bras robot articulé, liaison d’assemblage

Introduction

Dans cet exercice, pour un niveau intermédiaire, nous avons comme objectif d’élaborer plusieurs pièces d’un bras robot. Elles devront prendre en compte des contraintes géométriques et de conformités pour les méthodes de fabrication choisies.

images/RobotChap7b.png

La réalisation d’un robot statique avec plusieurs pièces repositionnables présente l’intérêt de penser la modélisation globalement en prévoyant les différentes interactions que les pièces auront entre elles et d’en adapter la conception.

La fonction la plus utilisée pour cette conception reste une des plus accessibles : l’extrusion. Associée à des esquisses 2D, des mesures et des options soigneusement choisies, vous aurez, avec un peu de persévérance, la satisfaction d’avoir créé un projet ambitieux grâce à quelques notions simples.

Le tronc

Le tronc du robot correspond au premier étage solidaire amenant de la hauteur pour soutenir le bras du robot. Un socle peut être défini comme rez-de-chaussée soit comme une simple boîte, soit comme un élément mécanique en mouvement (cf. chapitre Engrenage et cran d’arrêt) 

 Premièrement, pour poser le tronc sur un socle, cliquez sur l’icône Boîte images/icone_Box.png dans le menu CRÉER, puis choisissez de préférence le plan XY. Définissez 50 mm pour la longueur et la largeur. Pour le centrer sur l’origine, cliquez sur les coordonnées X -25 mm et Y -25 mm pour le premier point, puis X +25 mm et Y +25 mm pour le deuxième point.

 Ensuite, saisissez -2 mm pour la hauteur et enfin cliquez sur OK dans la fenêtre BOÎTE.

 Cliquez sur l’icône Créer une esquisse images/iconeSketch.png et choisissez le sommet du socle.

 Ensuite, dans le menu CRÉER - Rectangle, sélectionnez l’outil Rectangle par le centre images/icone_Center_Rectangle.png.

 Cliquez sur l’origine pour créer un carré de 25 mm de côté.

 Cliquez sur l’icône Terminer l’esquisse images/iconeFinishSketch.png.

 Dans le menu CRÉER, sélectionnez l’outil Extrusion  images/iconeExtrude.png, cliquez sur le carré.

 Saisissez la valeur 50 mm dans le champ Distance, puis sélectionnez...

Le bras

 Affichez si besoin les profils précédents en cliquant dans le Navigateur sur l’icône Afficher/masquer l’esquisse images/iconeView.png.

 Dans le menu CRÉER, sélectionnez l’outil Extrusion images/iconeExtrude.png. Cliquez sur le demi-cercle inférieur ainsi que tous les autres profils à l’intérieur de celui-ci pour extruder un demi-cercle entier.

 Saisissez la valeur -10 mm dans le champ Distance puis sélectionnez Nouveau composant dans le champ Opération.

images/08LF09.png

 Enfin, cliquez sur OK dans la fenêtre EXTRUSION.

 Dans le Navigateur, sélectionnez le nouveau composant, cliquez sur Composant1 pour le renommer Bras.

 Dans le menu CRÉER, sélectionnez l’outil Extrusion images/iconeExtrude.png. Cliquez sur le rectangle au sommet du demi-cylindre.

 Saisissez la valeur 42 mm dans le champ Distance puis, si besoin, sélectionnez Joindre dans le champ Opération.

images/08LF10.PNG

 Enfin, cliquez sur OK dans la fenêtre EXTRUSION.

 Dans le menu MODIFIER, sélectionnez l’icône Congé images/iconeFilet.png. Cliquez sur les deux arêtes au sommet du bras (surlignées à gauche dans l‘image ci-dessous).

 Saisissez la valeur 10 mm dans le champ Rayon de la fenêtre CONGÉ (à droite dans l’image ci-dessous) :

images/08LF11.PNG

 Enfin, cliquez sur OK dans la fenêtre CONGÉ.

Les jonctions de l’avant-bras

Dès lors que les deux volumes du tronc et du bras sont finalisés, nous pouvons aborder les éléments permettant de s’imbriquer. Un profil de cercle et un polygone seront utiles pour l’excroissance du tronc, puis deux autres profils légèrement plus grands pour créer un logement dans le volume du bras.

Pour plus de facilité, nous vous conseillons de masquer momentanément le bras.

 Dans le Navigateur, liste déroulante Corps, cliquez sur l’icône Afficher/Masquer Bras images/iconeView_Browser.png.

 Ensuite, cliquez sur l’icône Créer une esquisse images/iconeSketch.png et choisissez la face intérieure du tronc.

 Le sketch de construction du bras et ce nouveau sketch se superposent, projetons le point central utile pour la disposition ; dans le menu CRÉER, sélectionnez la fonction Projeter/Inclure - Projection images/icone_project.png.

 Cliquez sur le centre du cercle, puis sur OK dans la fenêtre PROJECTION.

images/08LF15.PNG

 Dans le menu CRÉER, sélectionnez l’outil Centre, diamètre, cercle images/icone_Circle.png.

 Cliquez sur le point central pour créer un cercle de 10 mm de diamètre.

 Dans le menu CRÉER - Polygone, sélectionnez l’outil Polygone circonscrit images/icone_Circumscribed_Polygone.png.

 Cliquez sur le centre du cercle pour créer un polygone de 5 mm.

Dans le cas d’une impression 3D, les différentes pièces devront s’imbriquer parfaitement pour rester fixes. L’espace minimum entre les pièces peut varier d’une impression à l’autre. Pour faciliter l’adaptation de ce paramètre à chaque situation, nous allons le définir comme variable dans Fusion 360 et l’appliquer à la géométrie des pièces qui dépendront de cette tolérance.

 Pour créer cette variable, dans le menu MODIFIER, cliquez sur la fonction Modifier les paramètres images/icone_Change_Parameters.png.

 Pour remplir votre tableau encore vide, cliquez d’abord sur le signe + situé à droite dans le champ Paramètres utilisateur.

 Saisissez Tolérance dans le champ Nom et 0.3 mm dans le champ Expression, puis...

L’avant-bras

 Dans le Navigateur, cliquez sur l’icône Masquer Bras images/iconeView_Browser.png.

 Dans le menu CRÉER, sélectionnez l’outil Extrusion images/iconeExtrude.png. Cliquez sur le demi-cercle inférieur ainsi que tous les autres profils à l’intérieur de celui-ci pour extruder un demi-cercle entier.

 Saisissez la valeur 10 mm dans le champ Distance puis sélectionnez Nouveau composant dans le champ Opération.

images/08LF23.png

 Dans le Navigateur, sélectionnez le nouveau composant ; cliquez sur Composant pour le renommer Avant-bras.

 Dans le menu CRÉER, sélectionnez l’outil Extrusion images/iconeExtrude.png. Cliquez sur le rectangle au sommet demi-cylindre.

 Saisissez la valeur 32 mm dans le champ Distance puis, si besoin, sélectionnez Joindre dans le champ Opération.

images/08LF24.png

 Enfin, cliquez sur OK dans la fenêtre EXTRUSION.

 Dans le menu MODIFIER, sélectionnez l’outil Chanfrein images/icone_Chamfer.png. Cliquez sur les deux sommets de l’avant-bras (à gauche sur l’image ci-dessous) et saisissez une distance de 5 mm (résultat à droite de l’image).

images/08LF25.png

 Cliquez sur OK dans la fenêtre CHANFREIN.

Comme précédemment, il nous faut creuser le volume de l’avant-bras pour lui permettre de s’imbriquer au bras. Un retour à la vue Début facilitera la manipulation suivante.

 Dans le coin supérieur droit de l’écran, cliquez sur l’icône Début images/NavigoHome.png.

 Dans le menu CRÉER, sélectionnez l’outil Extrusion images/iconeExtrude.png. Cliquez sur le grand polygone ainsi que tous les autres profils inclus dans celui-ci pour extruder un polygone entier.

 Dans le champ Distance, saisissez la valeur 5 suivie du signe + puis pressez la touche T pour afficher le paramètre Tolérance ; cliquez dessus ou appuyez sur [Entrée].

 Si besoin, sélectionnez Couper dans le champ Opération.

images/08LF26.png

 Enfin, cliquez...

Les profils de la pince et la jonction avec l’avant-bras

 Dans le Navigateur, cliquez sur l’icône Masquer avant-bras images/iconeView_Browser.png.

 Affichez si besoin les profils créés précédemment, en cliquant dans le Navigateur sur l’icône Afficher/masquer l’esquisse images/iconeView_Sketch.png.

 Dans le menu CRÉER, cliquez sur l’icône Extrusion images/iconeExtrude.png et sélectionnez tous les profils avec un rectangle de sélection.

images/08LF39.png

 Dans le menu CRÉER, cliquez sur l’icône Extrusion images/iconeExtrude.png pour obtenir un cube.

 Saisissez la valeur 10 mm dans le champ Distance puis sélectionnez Nouveau composant dans le champ Opération.

images/08LF40.png

 Enfin, cliquez sur OK dans la fenêtre EXTRUSION.

 Dans le menu CRÉER, cliquez sur l’icône Extrusion images/iconeExtrude.png et sélectionnez les quatre portions du petit cercle pour obtenir un cylindre.

 Saisissez la valeur -8 mm dans le champ Distance puis sélectionnez Joindre dans le champ Opération.

images/08LF41.png

 Pour le premier cône, sélectionnez l’outil Extrusion images/iconeExtrude.png dans le menu CRÉER, puis sélectionnez les quatre mêmes portions du petit cercle.

 Dans le champ Démarrer, sélectionnez l’option Plan de décalage, puis saisissez dans le champ Décalage l’équation -5 mm - Tolérance * 2.

 Dans le champ Distance, saisissez l’équation -3 mm + Tolérance * 2.

 Puis 45 degrés dans le champ Angle de conicité.

 Si besoin, sélectionnez Joindre dans le champ Opération.

images/08LF42.png

 Pour le deuxième cône, sélectionnez l’outil Extrusion images/iconeExtrude.png dans le menu CRÉER...

Préparation des pièces pour l’impression 3D

La démonstration de modélisation du robot finit sur l’exportation au format STL des différentes pièces à imprimer. Les dimensions initiales du robot ont été choisies pour être imprimées sur un modèle d’imprimante 3D de taille minimale. La plus grande mesure du robot étant de 5 cm. À cette taille, le robot en question peut tenir dans sa pince un stylo.

Vous disposez d’une imprimante dont le plateau est deux, trois ou plusieurs fois plus grand ? Et vous souhaitez qu’il tienne un feutre marqueur ou le manche d’un tournevis voire plus ? Vous pourrez toujours augmenter l’échelle des pièces de 200 %, 300 % ou plus dans votre logiciel d’impression 3D.

N’oubliez pas que ces pièces une fois imprimées devront s’assembler les unes aux autres et selon la hauteur de couche de votre impression 3D, la marge entre celles-ci subira également un changement d’échelle.

C’est pourquoi avant d’exporter, nous vous invitons à modifier le paramètre Tolérance qui sera à réduire d’autant plus que vous agrandissez les pièces à imprimer. C’est-à-dire diviser par deux cette mesure, à 0,15 mm, si vous agrandissez les pièces à...