Les principaux types de moteurs utilisables : moteur CC, moteur pas à pas, servomoteurs

[Audrey Robinel]

Je vais faire ici un petit résumé des principaux types de moteurs que nous pourrons utiliser.

Entre parenthèses, je mets le nom en anglais, car c'est plus pratique pour trouver certaines choses avec le nom anglais.

Les moteurs à courant continu (DC motors)

Ces moteurs sont les plus classiques, et c'est ce genre de moteurs qu'on retrouve le plus souvent dans les appareils électroniques (lecteur CD, voiture télécommandée, etc).

Ils possèdent deux fils, et reçoivent du courant continu. Si la tension est suffisante, le moteur se mettra à tourner. Généralement, la vitesse est fonction de la tension appliquée,

avec un maximum bien sur. La vitesse de rotation est souvent en milliers de tours par minute. Le coût est très faible, mais l’inconvénient est qu'on a un contrôle assez peu précis.

Soit ça tourne, soit ça ne tourne pas, et plus ou moins vite. On peut réguler la vitesse, mais on ne peut pas choisir une position d'arrêt du moteur. Ceux ci sont donc bien adaptés

pour entraîner des roues d'un véhicule, tant qu'on a pas besoin d'un contrôle ultra précis de la position. On peut toutefois utiliser une boite de vitesse pour faire tourner les roues

moins vite, et ainsi être plus précis, mais au détriment de la vitesse maximale (sauf avec une boite avec des rapports multiples, mais la c'est plus compliqué).

Plus d'infos ici : moteur à courant continu sur wikipédia fr

Les moteurs pas à pas (stepper motors)

Ces moteurs fonctionnent sur un principe différent : ici on peut faire avancer le moteur d'un certain nombre de "pas". En gros il y a un nombre prédéfinis de positions possibles, et le moteur

ira d'une position à l'autre. Ils permettent donc un positionnement plus précis, mais nécessitent une carte de contrôle, et sont bien plus complexes à utiliser.

Moteurs pas à pas sur wikipedia fr

Les moteurs linéaires (Linear Motor)

Ces moteurs fonctionnent sur le même principe que tous les moteurs (l'utilisation de la force électromagnétique pour générer un mouvement), mais au lieu de faire un mouvement rotatif, ils font un mouvement linéaire. En pratique, la partie mobile du moteur va avancer ou reculer en ligne droite.  Les trains à lévitation magnétique utilisent des systèmes de ce type à grande échelle. Dans notre contexte, cela pourrait etre intéréssant pour un bras, ou alors pour avoir un système qui surélève les organes sensoriels du robot...

Les moteurs linéaires sur wikipédia fr

Les servomoteurs (Servomotors)

Cette catégorie n'est pas réellement un type de moteurs différent. En effet, un servomoteur se base sur un moteur quelconque, mais rajoute des systèmes d'asservissement de celui ci. En pratique, un servomoteur sera une petite boite contenant un moteur et un circuit de contrôle, ainsi que diverses pièces mécaniques. On pourra avoir un système capable de tourner d'un angle précis, ou s'orienter dans une position particulière. De plus, le servomoteur garde sa position jusqu'à ce qu'on la change, alors qu'avec un moteur a courant continu classique,si on arrête d'alimenter le moteur, rien n’empêche au système connecté dessus de continuer à tourner. Les servomoteurs ont généralement un angle de rotation limité (120 ou 180° par exemple), et peuvent tourner avec une précision donnée par les spécification dans cet angle. On peut en trouver qui tournent à 360°, mais l'angle total est toujours limité. Cependant il est possible de "hacker" le moteur en supprimant le blocage, et on obtient ainsi une rotation illimitée. Ces systèmes ont trois fils : deux pour l'alimentation électrique (+ et -), et le troisième sert à envoyer les commandes. Selon l'impulsion envoyée sur ce fil, le servomoteur prendra une position donnée. Les fils + et - seront par exemple reliés à une source électrique quelconque, et le fil de commande à un des ports GPIO du raspberry pi ou de la carte arduino. 

L'avantage est que du coup, il est plus simple de commander un tel système via les ports GPIO, car il suffit d'envoyer des impulsions par les port GPIO, l'alimentation étant indépendante. Si on utilise un simple moteur DC, on ne peut pas le brancher sur les ports GPIO directement car il ne parviendrait pas à obtenir assez de puissance. Il faudrait donc un circuit d'amplification de puissance suplémentaire pour le moteur DC, alors qu'ici ce n'est pas nécessairement le cas! Maintenant il faut voir si la puissance des signaux du RPi est suffisante pour activer le servo, mais en principe ça devrait fonctionner!

Les servomoteurs sur wikipédia fr

[Larisse GERAN]

Les moteurs à courant continu: "On peut toutefois utiliser une boite de vitesse pour faire tourner les roues moins vite"  Comment faire une boite de vitesse avec ce type de moteur?? une simulation de boite de vitesses en plafonnant une tension pour chaque vitesse ?

Les moteurs pas à pas: J'ai vu sur la page wikipédia de ce type de moteur qu'on le trouve fréquemment dans les imprimantes or je suis persuadé qu'il existe des imprimantes qui ne fonctionnent plus à fouiolle je vais essayer de voir si on peux pas les récupérer. De plus je ne comprend pas la nécessité d'une carte de contrôle.

[Sky99]

Contrôler la vitesse d'un moteur de façon "logicielle"
Pour la variation de la vitesse, tu peux en effet faire varier la tension d'alimentation du moteur, ou, plus efficace, envoyer des impulsions en pwm.
Même sans faire de la "vraie" PWM, j'ai essayé avec mon arduino ceci :

Le moteur tourne 10milisecondes
Le moteur n'est plus alimenté pendant 10ms

et on boucle. On constate bien une réduction de la vitesse de rotation, et en modifiant les réglages, on peut même régler le niveau sonore du moteur.
Cependant, ce n'est pas une boite de vitesse.

Principe de la boite de vitesse
Une boite de vitesse (dans notre cas avec un rapport réducteur) sera composée d'engrenage et/ou courroies pour réduire le nombre de tours de la roue par
rapport à celui du moteur. Un rapport de 1/50 entrainera par exemple que pour 50 tours du moteur, on aura 1 tour de roue. Sachant que ces moteurs
sont généralement prévus pour effectuer quelques milliers de tours minute, c'est une bonne chose, car sans cela la précision des déplacements serait faible,
et le robot serait difficile à contrôler s'il se déplaçait aussi vite que sa roue ne tourne.

Utilité de la boite de vitesse
Mais le plus gros problème est que ces moteurs ont un couple très faible. Il est extrêmement facile de bloquer la roue dans sa rotation alors que le moteur
est alimenté. Donc en fait de tourner très vite, la roue risquerait de ne pas tourner du tout. Or, la boite de vitesse permet d'augmenter significativement le couple
obtenu en sortie. J'ignore si un moteur réducteur de 1/50 augmente le couple 50 fois, mais c'est en tous cas significatif, j'ai pu le tester.
Les servomoteurs intègrent une boite de vitesse. Et le résultat est impressionnant : mon plus petit servomoteur dégage une force réellement surprenante (de quoi
bouger facilement plusieurs centaines de grammes, alors qu'il ne pèse que... 6g!! Le moteur qui est dedans doit être minuscule, moins d'un centimètre de large!)

Comment faire une boite de vitesse?
Il faut que ton moteur soit relié à un engrenage (disque de courroie) de très petit diamètre, qui entrainera un second engrenage (ou disque)
de bien plus grand diamètre. Ainsi, 10 tours (par exemple) du petit fixé au moteur entraineront un seul tour du grand. Ton grand disque peut etre surmonté d'un petit disque, qui
selon le même principe, entraînera troisième grand disque, réduisant d'autant le rapport...

Ou trouver une boite de vitesse?
Je n'ai aucune idée de l'endroit ou l'on peut en trouver ici à acheter, ou même des disques de courroies avec les courroies associées. En revanche,
j'ai trouvé une chose : dans les lecteurs/graveurs de CD/DVD, il y a systématiquement un moteur associé à une boite de vitesse avec un fort rapport de réduction. C'est la boite
qui entraîne le mécanisme d'ouverture du tiroir. J'ai démonté 4 lecteurs/graveurs morts, et j'ai pu récupérer ainsi 4 moteurs avec leurs boites de vitesse. Comme j'ai grillé mon second
servomoteur à rotation continue, je vais m'en servir pour faire un robot. J'ai donc deux paires de moteurs/boites de vitesse relativement similaires (deux identiques, et deux très proches).
Je vais poster des vidéos là dessus bientôt.
Il est à noter que si l'on utilise le mécanisme du tiroir du CD également, on dispose d'un effecteur linéaire : en envoyant du courant dans un sens, on fait avancer un objet le long d'un axe,
et en envoyant le courant dans l'autre sens, on fait reculer l'objet le long du même axe. Le lecteur CD peut donc nous fournir pas mal de choses :

• Un moteur avec boite de vitesse réductrice
• OU un effecteur linéaire (par exemple pour surélever/rentrer les senseurs du robot, ou même pour faire un bras qui pousse les obstacles..)
• ET un petit moteur pas à pas (celui qui contrôle le déplacement de la lentille laser)
• ET le moteur  de rotation du CD (lui il a plein de fils, je ne vois pas comment l'utiliser pour le moment, ça à l'air d'être un moteur pas à pas plus complexe que le petit qui n'a que 4 fils)

En outre, il y a divers petits composants qui peuvent être utiles : des transistors, diodes, etc, mais aussi la molette de volume, qui est en fait un potentiomètre, et surtout un capteur de contact, à savoir le petit bouton qui détecte quand le tiroir est fermé. j'en ai trouvé différents modèles, et je pense qu'ils seront très bien sur les bords d'un robot pour détecter les collisions.

Les moteurs pas à pas

Un moteur pas à pas est assez différent. Dans le moteur DC, on a deux fils qui amènent le courant, et le mouvement du rotor fait que les champs magnétiques des aimants
permanents et des électroaimants sont décalés en phase ce qui entretient le mouvement. Le moteur pas à pas fonctionne sur le même principe, sauf que l'on   a plusieurs paires de fils, pour chaque "step".
Contrairement au moteur DC, ou l'on balance du courant et le moteur tourne, ici, il faudra envoyer des impulsions aux différents bobinages de façon séquencée, pour faire bouger le moteur à la vitesse souhaitée.
L'avantage est qu'on peut contrôler l'avancée du moteur de façon précise, puisque si on envoie le courant pour une étape, le moteur tournera d'une étape, soit un angle précis. et bien sur on peut faire cela dans les deux sens.
Il faudra donc logiquement un circuit de commande pour réaliser cela, mais ce n'est pas nécessairement très compliqué, ça peut se faire avec une puce L293D (j'en ai, et les plans sont simples à trouver).
Du coup, ça vaut le coup de récupérer les imprimantes, car en outre, il y aura des mécanismes intéressants dedans (rien que les barres en métal sur lesquelles se déplacent les têtes d’impression)

[Larisse GERAN]

Je te remercie pour toutes ces explications

[Sky99]

J'ai réussi à contrôler les moteurs des chariots des lecteurs DVD via le arduino. L'intérêt est qu'ils ont une boite de vitesse, et donc un bon couple.
Voici une démo : http://www.youtube.com/watch?v=d-LJ9VFp5LY .
La vidéo était faite depuis un moment mais je n'arrivais pas à l'uploader, la voici donc enfin :)
A l'heure actuelle, j'ai découpé le bloc moteur/boite de vitesse, et je suis en train de faire le système de fixation des roues.
Je posterai dès que j'aurai des résultats intéressants.