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L i o n e l B i r g l e n Mécatronique C o u rs a v e c ■ jr e x e rc i c e s c

L i o n e l B i r g l e n Mécatronique C o u rs a v e c ■ jr e x e rc i c e s c o rri g e s T3 O c: r3 û v û T - H O C M (5 ) ai >- Q . O U DUNOD Illustration de couverture : © Jim, robot android men in competition concept T 3 o c: rj Û V D t H o fM © L e pi ctogramme qui fi gure ci -contre m éri te une expli cati on. Son objet est d'alerter le lecteur sur la menace que représente pour l'aveni r de l'écri t, parti culi èrement dans le domai ne de l'édi ti on techni que et uni versi tai re, le développement massi f du photocopi llage. L e Code de la propri été i ntellec tuelle du 1 ® '^ jui llet 1992 i nterdi t en effet expressément la photoco pi e à usage collecti f sans autori sati on des ayants droi t. Or, cette prati que s'cst gcncrai i scc dans les établi ssements DANGER d'ensei gnem ent supéri eur, provoquant une bai sse brutale des achats de li vres et de revues, au poi nt que la possi bi li té m êm e pour _____ les auteurs de créer des œ uvres nouvelles et de les fai re édi ter cor rectem ent est aujourd'hui m enacée. Nous rappelons donc que toute reproducti on, parti elle ou totale, de la présente publi cati on est L E P H O T O C O P IL L A G E i nterdi te sans autori sati on de TUE LE LIVRE J l'auteur, de son édi teur ou du Centre françai s d'exploi tati on du droi t de copi e (CFC, 20, rue des Grands-Augusti ns, 7 5 0 0 6 Pari s). © Dunod, 2016 5 me Laromiguière, 75005 Paris www.dunod.com Q . O U ISBN 978-2-10-074478-7 L e Code de la propri été i ntellectuelle n'autori sant, aux termes de l'arti cle L . 122-5, 2° et 3° a), d'une part, que les « copi es ou reproducti ons stri ctement réservées à l'usage pri vé du copi ste et non desti nées à une uti li sati on collecti ve » et, d'autre part, que les analyses et les courtes ci tati ons dans un but d'exemple et d'i llustrati on, « toute représentati on ou reproducti on i ntégrale ou parti elle fai te sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droi t ou ayants cause est i lli ci te » (art. L . 122-4). Cette représentati on ou reproducti on, par quelque procédé que ce soi t, consti tue rai t donc une contrefaçon sancti onnée par les arti cles L . 335-2 et sui vants du Code de la propri été i ntellectuelle. A v a n t - p r o p o s I can visualize a time in the future when we will be to robots as dogs are to humans. Claude El wood Shannon, Entrevue avec Omni Magazine, p. 65, août 1987. ■a o c Q v£3 t H o rsl >- Q . O (J Cet ouvrage propose de rassembler en un seul livre facile à utiliser toutes les notions nécessaires au développement d’une expertise de base en mécatronique. Cette disci pline dont nous verrons la définition, ou plus exactement tenterons d’en proposer une, bien que moderne, possède des racines anciennes et sa popularité ne cesse de croître. Sa caractéristique principale est une interdisciplinarité intrinsèque qui demande un champ de compétences élargi. Pour cela, il est nécessaire de comprendre les rela tions entre les différents éléments d’un système mécatronique pour en tirer le plein avantage. Ainsi un expert en électronique peut concevoir un circuit très complexe et V performant mais inadapté au mécanisme qu’il commande. A l’inverse, un mécanicien aura tendance à s’imaginer que toute imperfection peut être compensée par un circuit suffisamment intelligent, ce qui est clairement faux ou tout du moins extrêmement difficile (les frottements ou les jeux dans les articulations en sont de bons exemples). De fait, pour créer un système de haute performance, les aspects mécaniques, élec troniques ainsi que la commande doivent être conçus en toute connaissance de cause concernant leur interdépendance. Ce livre est basé sur le matériel pédagogique du cours Mécatronique I que j’enseigne depuis maintenant près de dix ans à l’École polytechnique de Montréal (Canada) et Avant-propos T3 O c = J û 'J D O rM @ gi >- C l O U a bénéficié de nombreuses relectures par les étudiant(e)s de ce cours. Je souhaite re mercier ces étudiant(e)s pour de nombreuses heures d’échanges et d’innombrables commentaires et suggestions qui sont en grande partie réalisés ici. Cet ouvrage ne serait pas au niveau qu’il possède sans eux. La première question qu’un lecteur est en droit de se poser est la raison pour la quelle un nouvel ouvrage dans le domaine de la mécatronique serait nécessaire et en quoi celui-ci se démarquerait des autres. Il y a plusieurs réponses à ces interroga tions. La première et la raison principale pour laquelle j’ai décidé d’entreprendre la rédaction de ce livre est que l’offre des ouvrages en français sur la mécatronique est extrêmement pauvre, contrairement à la pléthore qui existe sur ce sujet en anglais. Il n’y a au moment de la rédaction de ces lignes qu’une poignée de livres en français sur la mécatronique. De plus, ces livres ont souvent tendance à se focaliser sur des aspects bien spécifiques comme la fiabilité ou un domaine d’application particulier comme l’automobile. Sans rien enlever à la pertinence de ces aspects, il m’a sem blé qu’il manquait une référence générale mettant l’accent sur l’enseignement de la mécatronique au sens large. Cet ouvrage essaie de relever ce défi en proposant une démarche logique et cohérente, commençant par poser les bases de l’électronique, puis son utilisation dans les principaux éléments d’une boucle de commande méca tronique : capteurs, actionneurs et microprocesseurs. Un effort particulier a été réalisé pour que les données présentées dans cet ouvrage reflètent des cas pratiques réalistes et idéalement des données expérimentales. J’ai malheureusement été incapable pour des raisons de temps et de moyens techniques de ne présenter que des résultats expérimentaux dans toutes les figures de l’ouvrage, comme je l’aurais voulu, mais je souhaite encourager vivement le lecteur à ne pas prendre ce qui est écrit dans ce livre comme parole sacrée et à vérifier par lui-même comment tel ou tel élément fonctionne. Comme l’écrivait Jules César il y a plus de deux mille ans : c’est l’expérience qui est le maître en tout^ Nous avons la chance d’avoir vu ces dernières années un effondrement du prix requis pour la construction des systèmes mécatroniques grâce à l’introduction à grande échelle des technologies de prototypage rapide (impression 3D), des microsystèmes électroniques (accéléro- mètres, unités de mesures inertielles, etc.) et des microcontrôleurs (par exemple tout l’écosystème Arduino). Il est maintenant à la portée de la plupart des bourses de fa briquer un petit robot ou mécanisme asservi et il faut en profiter ! Pour finir, en plus des nombreux étudiant(e)s de l’École Polytechnique, je souhaite remercier Mme Josée Dugas pour avoir relu et corrigé une version préliminaire de ' Ut est rerum omnium magister usas, « Commentarii de Bello Civili » livre 2 paragraphe 8, approx. 40 av. J.-C. Il ■a O c Û « J D O tN Avant-propos cet ouvrage ainsi que M. Clément Hély pour ses judicieuses remarques notamment à propos des unités de température. Ce livre a été écrit à l’aide du logiciel de mise en page LaTeX, les figures sont pour la plupart vectorielles et ont été créées avec XFig, IPE, ou Inkscape. Les rares illustrations qui ne sont pas vectorielles (essentiellement les photographies) ont été éditées avec Gimp. Tous ces logiciels sont gratuits et fonc tionnent sous Linux et Windows. Quelques figures 3D au chapitre 4 ont été réalisées avec Catia et la plupart des figures montrant des résultats numériques ont été obte nues avec Matlab qui sont eux des logiciels commerciaux. Le lecteur est invité à consulter les pages web suivantes : h ttp : //www.m e ca tro n i q u e -li vre . corn/ h ttp : //www. dunod. com/contenus-complementai res/978210Q728503 pour des compléments d’informations, des mises à jour, des liens supplémentaires ainsi qu’un errata de cet ouvrage. ai >- Q. O U Lionel Birglen, Saigon, 20 juillet 2015 1 1 1 тз о с :з Û ю т Н о гм 0 1 >- Q . О и P r é s e n t a t i o n d e l’a u t e u r ■a O c û V £ 3 t H O r\ l (5 ) >• Q . O U Lionel Birglen a obtenu un diplôme d’ingénieur uploads/Litterature/ mecatronique-dunod-pdf.pdf