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Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle
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momoclic
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MessagePosté le: Ven 5 Fév - 20:53 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

Guide de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle           

La mise en œuvre du Simukit 350 watts par Momoclic

Mises à jour
7/11/16 - 4 - Moyens et méthodes utilisés - Choisir entre 120° et 180° de rotation des manivelles : Calcul de la vitesse moyenne de l'axe de houle
4/11/16  - 4 - Moyens et méthodes utilisés : La symétrie des mouvements bielle-manivelle
7/08/17 - 4 - Choisir entre 120° et 180° de rotation des manivelles : Différences de linéarité + note d'implantation
   


Sommaire

          


- 1 - Préambule

Après avoir étudié diverses possibilités d'implantation d'un simulateur de pilotage à trois degrés de liberté (3DOF, 3 Degres Of Free) nous allons vous donner quelques clés pour mener à bien sa réalisation au moindre coût.

Ce que nous proposons n'est qu'un exemple, il existe bien d'autres façons de procéder. La méthode retenue a pour ambition de faire simple, efficace et économique. Le choix et la qualité des composants ont été réalisés en retenant ceux qui offrent à nos yeux les meilleurs rapports qualité/prix/performances.

Sachez également qu'utiliser le bois est une formule économique. Cependant un tel simulateur qui embarque plus d'un kilowatt de motorisation (1,5 CV) engendre de nombreuses vibrations et contraintes. En prenant en compte ces faits, il est aisé de comprendre qu'une structure en acier sera plus résistante et plus endurante.

La construction du simulateur n'exige pas de compétence particulière, ni d'outillage spécifique. Cependant un minimum d'outillage (voir la liste plus bas) et de savoir faire dans le domaine du bricolage sont nécessaires. En aucune manière nous ne pourrons être tenu responsables de quoi que ce soit, en cas de mauvaise utilisation ou en cas d'accident. Vous construisez ce simulateur sous votre entière responsabilité.
Le but premier de ce guide est de vous donner quelques moyens de vous divertir.

A ces éléments il faut ajouter l'électricité, ce qui nous incitent à rappeler quelques notions fondamentales de sécurité. Il vous appartiendra d'imaginer et de mettre en œuvre des protections. Ces parades indispensables, pour ne pas dire obligatoires, aideront à protéger d'éventuels accidents votre famille, vos amis et vous même :

  • Mise à la terre de la structure et des parties métalliques
  • Bouton d'arrêt d'urgence toujours accessible (type "coup de poing" recommandé)
  • Protection des mécanismes bielle-manivelle
  • Évitez d'approcher avec des vêtements flottants la proximité des bielles et manivelles
  • Dégagez la proximité de votre matériel et empêcher les jeunes enfants d'approcher
  • Assurez vous de la qualité des assemblages (boulons, soudures, câblages, connexions, etc.)
  • Avant la mise en route du système, vérifiez tout
  • Surveillez, lubrifiez et entretenez régulièrement le bon état de votre machine

- 2 - Objectifs Retour au sommaire

Réaliser un simulateur de pilotage d'automobile, d'avion, etc. de type 3DOF gérant la houle (translation verticale). Il sera utilisable avec les jeux PC interfacés à cet effet.
Les degrés de liberté animés par l'électro-mécanique :
  • Roulis (effet "roll")
  • Tangage (effet "pitch")
  • Houle ( axe "heave")

Les autres degrés de liberté seront produits, simulés, par des artifices gérés par le logiciel de commande. Ces mouvements seront ajoutés, ou pas, aux axes ou effets du simulateur pour essayer de faire ressentir ce que la machine ne sait pas faire de par sa conception.


Degrés de liberté (DOF) axes et effets

Un des moyens les plus efficaces de gérer les degrés de liberté c'est de les motoriser à l'aide de vérins. La forme d'énergie la plus facile à mettre en œuvre pour l'amateur est l'électricité. Il existe des vérins électriques mais ceux-ci sont onéreux ou difficiles à réaliser. Pour ces raisons, nous utiliserons pour cette construction le SimuKit 3DOF 350w avec des manivelles de 70mm de longueur de bras. Les moteurs électriques vont se substituer aux vérins à l'aide d'un système bielle-manivelle. Ce système s'il a l'avantage d'être économique à l'inconvénient de ne pas fournir une vitesse de déplacement vertical constante de la bielle. Cependant l'expérience à déjà démontrée l'efficacité du mécanisme.

Dans le kit nous disposons, entre autres, de trois moto-réducteurs qui tournent à 60rpm et fournissent 45Nm en consommant 350 watts chacun.

Pour animer nos jeux et notre simulateur nous vous recommandons l'usage de SimTools. Ce logiciel fonctionne sur le même micro-ordinateur que vos jeux et pilote le simulateur via un simple câble USB. Vous trouverez ce programme et les explications sur "www.xsimulator.net", en anglais. Utilisez "Google traduction" pour le franciser.

Notre propos s'arrête à la conception et la réalisation de la plateforme mobile du simulateur et à sa motorisation. Ce qui veut dire que tout ce qui est susceptible d'être installé et fixé à ce plateau est à imaginer et concevoir par vos soins. Nous nous contentons de vous faire quelques remarques et recommandations à ce sujet.

Les principales caractéristiques du simulateur 3DOF que nous retiendrons pour cette réalisation :
  • Angles d'inclinaison en jeu : +-10° (20°)
  • Angle de rotation des manivelles en jeu : 120°
  • Manivelles avec longueur de bras de 70mm

Note : Pour des raisons de sécurité, afin d'éviter d'éventuelles casses, les manivelles auront la possibilité de tourner sur 360°.

- 3 - Principes de fonctionnement Retour au sommaire

Même si la description qui suit correspond à notre projet, beaucoup des principes évoqués sont transposables à d'autres types de simulateur de pilotage.

La partie électro-mécanique :

L'angle maximum que peut pendre ce 3DOF est déterminé par l'inclinaison du plateau-siège. Les déplacements de ce plateau, ici exclusivement verticaux, sont assurés par trois attelages bielles-manivelles. Chacune de ces bielles-étriers est mue par un moto-réducteur à vis sans fin tournant dans les deux sens. Dans un sens, le plateau monte, dans l'autre il descend. Les rotules hautes des trois bielles forment, au niveau du plateau, un triangle équilatéral. La rotation des moteurs fait monter ou descendre les bielles indépendamment les unes des autres. Chacune des bielles liées à une des pointes du triangle incline plus ou moins le plateau en fonction de ses mouvements. Si les trois moteurs montent ou descendent ensemble on obtient l'effet vertical. La combinaison de mouvements de ces trois axes nous permet de simuler, partiellement, le comportement d'un véhicule.

La partie électronico-informatique :

Les mouvements du simulateur sont calculés à l'aide des informations fournies par le jeu fonctionnant sur le micro-ordinateur. Ces informations sont communiquées au logiciel de gestion du simulateur (SimTools). Celui-ci, via le port USB, renseigne la carte-contrôleurs. La carte contrôleur (Arduino) pilote les moto-réducteurs "en position" à l'aide des cartes de puissance (Sabertooth). Les potentiomètres informent la carte contrôleur sur la position de chacun des moteurs. Pendant le déroulement d'une action, selon les informations reçus du jeu et celles reçus des potentiomètres la carte contrôleur envoi un signal de correction de position à chacun des moteurs concerné.

Le 3DOF avec axe de houle :

Dans ce concept, la sustentation de la partie mobile du simulateur est assurée, du point de vue cinématique, par un triangle équilatéral. A chacune des pointes de ce triangle un mécanisme permet, sur une course limitée, d''abaisser ou d'élever la plateforme.
  • Si les trois mécanismes travaillent ensemble, selon le cas, la partie mobile s'élève ou descend. Nous gérons, ici, ainsi l'axe "houle".
  • Si deux mécanismes restent fixes et que l'autre seul agit, alors la plateforme s'incline et génère, selon la pointe du triangle activé, un effet de "roulis" ou de "tangage".
  • Si un mécanisme est immobile pendant que les autres se déplacent indépendamment l'une de l'autre vers le haut ou vers le bas, nous disposons ainsi d'un autre moyens de provoquer de prises d'angles. Dans ce cas encore les effets de "roulis" ou de "tangage" sont activés.

Remarquer qu'avec un tel système le plateau (le triangle) est en mesure de prendre un même angle d'inclinaison sur les 360° d'un cercle dessiné sur le plan horizontal.

- 4 - Moyens et méthodes utilisés Retour au sommaire

Composition du SimuKit 3DOF 350w (Kit susceptible d'évolutions que vous trouverez ici)
  • 3 Moto-réducteurs à vis sans fin 350W
  • 2 Cartes "pont en H" Sabertooth 2 x 32 Ampères (ce qui laisse la possibilité d'ajouter, par exemple, un autre moteur pour l'effet lacet !)
  • 1 Alimentation 24 Volts 42 Ampères
  • 3 Potentiomètres FCP22E
  • 9 Rotules femelles M10
  • 1 Carte micro-contôleur Arduino UNO R3
  • 1 câbles USB 2.0 2,5m
  • 3 roues dentées 50 dents
  • 3 roues dentées 20 dents
  • 2 Cordons secteur
  • 10 fils connexion Arduino
  • 1m câble blindé

Option SimuKit
  • 6 Manivelles entre-axe 70mm

Liste de matériel
(Les dimensions et quantités sont à ajuster en fonction de votre projet)
  • Panneau plateau mobile (contre-plaqué 20mm) : 0,625m x 0,720m
  • Panneau socle 20mm : 0,690m x 0,790m ou selon votre option 0,790m x 0,900m
  • Tasseaux 40mm x 45mm x 440mm : Support-cale moteur (x3 +1 = 2m)
  • Tôle 2,5mm 55mm x 160mm : Support-moteur (x 6)
  • Fer plat 20 x 5mm ancrage croisillon : Support-moteur (2x3 = 0,400m)
  • Tube Ø 20 à 30mm x615 : Renfort triangulaire (x3 = 2,000m)
  • Tube Ø 14mm : renfort bielle (x6 = 1,000m)
  • Tube carré 25x25x2 (minimum) : Bielle (x3 = 0,800m)
  • Tige fileté Ø 10mm 200mm : Bielle (x6 = 1,200m)
  • Vis M8x60 filetage partiel : axes croisillons (x6)
  • Boulons de M8x60 (x15)
  • Boulons de M8x80 (x10)
  • Boulons M10x40 (x6)
  • Boulons M10x50 (x3)
  • Rondelles larges Ø 8
  • Rondelles Ø 10
  • Rondelles Grower Ø 10 (x6)
  • Écrous M8
  • Écrous M10
  • Fils électrique 2,5mm² alimentation de puissance de moteurs
  • Fils électrique 1,5mm² autres câblages éventuels
  • Support potentiomètres (x3) (à fabriquer dans une matière isolante de préférence)

Liste minimale d'outillage
  • Scie à bois
  • Scie à métaux
  • Perceuse
  • Forets à bois
  • Forets à métaux
  • Étau
  • Jeu de tournevis (plat, cruciforme)
  • Jeu de clés (10, 13, 17...)
  • Fer à souder et étain (soudure)

Et aussi quelques bases élémentaires de physique, de mathématiques et de géométrie

Pourquoi des manivelles de 70mm ?

Nous disposons de moteurs avec un couple de 45 Nm. Pour transformer un couple en force il faut tenir compte de la distance en mètres qui sépare le centre de rotation de la masse à soulever
    45 Nm / 0,07 m = 642,9 Newtons

Pour convertir les newtons en kilogrammes on prend en compte la gravité (l'attraction terrestre) :
    642,9 / 9,80665 = 65,55 kg

Ceci signifie qu'un seul motoréducteur, lorsque sa manivelle est à l'horizontal, est en mesure de lever plus de 65 kg. Ces calculs ne font appel qu'à la statique, alors que notre simulateur est à l'opposée de cette notion, notre machine se veut dynamique. La dynamique prend en compte les inerties et l'accélération des masses en mouvements. Nous avons ici le beau rôle puisque nous ne connaissons pas ce qui constitue la partie mobile (volant, écran(s), etc) ni leurs distances du centre de gravité de votre construction. Donc il ne nous est donc pas possible de faire ces calculs Wink et ça tombe bien, ces calculs sont assez complexes alors vous vous en passerez comme nous tous. Very Happy

L'expérience démontre qu'une approche sur les bases statiques donne des résultats acceptables à partir du moment ou l'on exploite que les 2/3 aux 3/4 de la charge maximale calculée. De plus les moteurs, de par le fonctionnement d'une simulation, ne sont pas en permanence à pleine charge, même si parfois en crête, ils passent en surcharge.

Déplacement vertical obtenu avec des bras de manivelles de 70mm

  • Sur 180° (deux fois 90°) deux fois la manivelle = (2 sinus(90°) x 70mm = 140 mm
  • Sur 120° (deux fois 60°) c'est aussi simple = (2 sinus(60°) x 70mm = 121,2 mm

Sur cet exemple vous remarquez que pour obtenir la même course de 121mm, il suffit d'allonger le bras de manivelle de 60 à 70mm lorsque l'on passe de 180° à 120° de rotation.


Différences entre 180° et 120°    



Choisir entre 120° et 180° de rotation des manivelles

- Sans doute avez-vous remarqué que la partie non exploitée, entre 120° et 180°, lors de la rotation ne nous fait perdre que relativement peu de course (14%).

- A 60rpm le temps pour parcourir une demie rotation (180°) s'effectue en une demi-seconde.
A la même vitesse, les 120°, le 1/3 de tour s'effectue en 1/3 de seconde. Soit en 1/3 de temps en moins qu' à 180°. C'est à dire qu'avec cet angle de rotation, et la longueur de manivelle appropriée, la même course sera parcourue en sensiblement moins de temps.

Profitons-en pour calculer la vitesse moyenne de déplacement sur l'axe de houle. Le déplacement généré par notre système bielle-manivelle à une course de 121,2 mm. Pour effectuer notre course nous utilisons 120°, soit par rapport à un tour 36°0 / 120°, pour faire un tour complet il nous faut diviser la minute par la vitesse de rotation (60 s / rpm), il suffit maintenant de multiplier ces résultats par la course pour obtenir la vitesse moyenne sur la course :
  • Courses par tour : 360° / 120° = 3
  • Temps par tour : 60 secondes / 60 rpm = 1
  • Vitesse moyenne : 121,2 x 3 x 1 = 363,6 mm/s

Noter que si nous exploitions 180° pour la même course la vitesse moyenne serait seulement 121,2 x 2 = 242,4 mm/s

Grâce à ces gains nous disposerons d'un simulateur beaucoup plus performant et réactif. Cependant notez bien que tout cela n'est possible que dans la mesure ou l'on dispose de suffisamment de couple, comme nous l'avons vu plus haut.

Les graphes réalisés par Wanegain mettent en évidence une seconde caractéristique apportée par l'usage d'une rotation sur 120° :


Différence de linéarité du déplacement de la bielle entre 180° et 120°    


On constate que sur 180° on introduit une erreur de 11% alors qu'a 120° cette erreur chute à 3,5% d'écart maximum par rapport à un vérin qui lui trace une droite parfaite.

Tous ces arguments nous incitent, sans hésiter, à exploiter l'angle de 120°.

Calcul de l'angle d'inclinaison du plateau mobile


Paramètres du plateau mobile    


Si l'on actionne un seul moteur vers le haut sur le triangle formé par les trois ancrages supérieurs des bielles (le plateau-siège) s'incline sur l'axe de la hauteur géométrique de ce triangle en se servant des deux autres pivots comme axe de rotation.

Au contraire on peut garder un seul point fixe et actionner deux moteurs. Deux possibilités se présentent alors :
- Deux moteurs vont dans le même sens ce qui revient presque à la même chose que le cas précédent.
- Deux moteurs tournent en sens opposés, le mouvement s'effectue sur le demi-coté du triangle, plus court que la hauteur et d'une amplitude identique ce qui augmente l'angle d'inclinaison par rapport au premier cas.

L'angle le plus important est celui généré pour une même course par le bras de levier le plus court. Nous retiendrons donc le dernier cas pour nos calculs. Les rotules dont nous disposons n'acceptent pas plus de 13° d'inclinaison depuis leur axe central. Par mesure de sécurité nous n'utiliserons que 12° pour s'écarter un peu de la limite et compenser certaines erreurs de réalisation toujours possibles.


Les deux éléments à notre disposition, et qui font partie de nos objectifs, sont la course maximale de 70mm et l'angle de 12° dont le sinus est 0,208. Calculons l'hypoténuse qui en résulte.
    70 / 0,208 = 336,7mm


Calcul du coté de la plateforme triangulaire    


Cette cote représente la demie-distance entre deux axes de rotules. C'est également le demi coté de notre triangle équilatéral, ce qui nous fait fait un triangle dont le coté mesure 673,4mm.

Calculons la hauteur du triangle à l'aide de la tangente 30° = 0,577.
    336,7 / 0,577 = 583,5mm

Triangle de sustentation

Et la position du centre du cercle circonscrit à ce triangle, rencontre des médianes et médiatrices, située au deux tiers de la hauteur dans le triangle équilatéral.

    Ce rayon appartient donc au cercle sur la circonférence duquel sont disposée à 120° les axes des trois rotules supérieures des bielles motrices. Nous appellerons ce cercle : "cercle d'implantation", c'est sur cet élément que s'appuie toute notre construction une fois que son rayon a été déterminé à l'aide des caractéristiques définies dès le début de notre projet.

    La symétrie des mouvements bielle-manivelle

    Afin d'obtenir les meilleures performances assurons-nous de donner les mêmes caractéristiques de mouvements (amplitude et accélération) au deux demis-angle parcourus par la manivelle. La cinématique d'un système bielle-manivelle est quelque peu complexe, raison pour laquelle je n'entrerais pas dans les détails et me contenterais de vous fournir une solution quasi universelle. Si vous êtes motivé Wikipédia sera votre ami pour répondre à vos interrogations.

    La symétrie des mouvements vers le haut et vers le bas s'acquière en positionnant correctement la bielle par rapport à sa manivelle. D'abord on positionne la manivelle au milieu de son angle de rotation, le point neutre se trouve dans notre cas lorsque la manivelle est à l'horizontal. La rotule supérieure de chacune des bielles est fixée au plateau mobile sur la circonférence du cercle d'implantation, l'axe de chaque rotule doit passer par le centre de l'entre-axes de la manivelle :


    Assurer des mouvements symétriques à la bielle
        

    La règle peut se résumer ainsi :

    L'axe central du bras de manivelle positionné au point neutre doit passer par le centre de la rotule supérieure de la bielle    


    Calcul de l'implantation de la base

    Avant de se lancer dans l'implantation définitive envisageons les deux positions possibles pour chacun des moteurs. Nous respectons la règle édictée ci-dessus et une rotation possible sur 360°.

    Les deux dispositions possibles des bielles et manivelles

    Note : La seconde implantation réduit notoirement l'encombrement de la machine en réduisant son diamètre extérieur de 140 mm.

    Le boitier de réduction des moteurs, vue de coté, se présente sommairement ainsi :

    Réducteur, position axe de sortie

    Notez la cote de 51mm, l'extrémité du motoréducteur, elle va nous être utile pour tracer le cercle d'implantation sur le socle support.

    Comme vous pouvez le constater, le second montage de l'image montrant les deux positions moteur nous permet de gagner 70mm sur le rayon d'encombrement externe de notre simulateur. En conséquence nous choisirons ce montage.
    Ainsi nous pouvons tracer un cercle d'implantation pour le socle du simulateur à l'aide des informations extraites des deux dessins précédents.
      389 -35 + 51 = 405 mm distance entre le centre du cercle et l'extrémité externe des boitiers de réduction de nos moteurs.

    - 5 - Implantation Retour au sommaire

    Nous avons choisi une implantation des moteurs en étoile, chacune des branches se situe à 120° de l'autre. Dans cette configuration il faut déterminer avant et arrière du simulateur. Un simulateur dit "tout mobile" place volant, pédales, leviers divers, voire écran(s) sur l'avant de la machine. Ces éléments se trouvent relativement éloignés du centre de gravité et induisent de ce fait des inerties importantes. Afin de lutter contre ces inerties nous allons faire coopérer ensemble une paire des trois moteurs à notre disposition.
    Ces raisons qui nous orientent à placer un un seul moteur à l'arrière et deux vers l'avant de notre simulateur.

    Pour réaliser l'implantation nous avons essentiellement besoin d'une seule valeur : le rayon du cercle de positionnement des axes des rotules supérieures déjà calculé soit : 389mm (rayon du cercle d'implantation).
    De cette valeur on extrapole les autres dont celle de 405mm position extrême du réducteur sur l'étoile du socle.
    Le hauteur des moteurs sur l'étoile est conditionnée par la longueur des manivelles afin quel n'accroche pas le sol.
    Une autre cote importante est impérativement à vérifier, la distance qui sépare de 120° sur le cercle d'implantation les axes des rotules supérieures soit 673,4mm. Cette cote est la longueur du coté du triangle.
    Toutes ces valeurs conditionnent la position des éléments et infléchissent directement les valeurs angulaires prisent par le plateau mobile, mais pas l'encombrement extérieur.

    Cotes d'encombrement

    Il faut tenir compte du dépassement des manivelles et rotules vers l'extérieur ainsi que de l'écartement de l'étrier de bielle.

    Cotes d'encombrement

    Les paires de manivelles ont un entre-axes de 198mm, équipées des deux rotules débordant vers l'extérieur par rapport à l'axe de la branche de l'étoile. Tout ceci nous permet de déterminer les cotes d'encombrement extérieures.

    Encombrement vue de dessus

    Résultat de cette analyse, le socle doit mesurer au minimum 0,690m x 0,790m. Une telle taille ne tient pas compte d'un éventuel habillage, elle assure la construction et la stabilité du système.
    Pour habiller l'appareil il faut, par exemple, ajouter à ce format des tasseaux pour protéger les bielles et manivelles. Ces tasseaux doivent couvrir la même surface que le plus grand format.
    Le grand plateau qui permet une protection extérieure fixée directement, doit mesurer 0,900m x 0,790m. Les panneaux montants sont à placés et vissés à l'extérieur sur les bords.
    En résumé l'encombrement final de votre projet sera celui du panneau le plus grand auquel vous ajouterez l'épaisseur des panneaux latéraux.

    - 6 - Maintenant au travail] Retour au sommaire
    Quelques recommandations

    Les forces mises en œuvre par ces moteurs sont importantes :
    • Préférez le contreplaqué au médium, principalement pour le plateau mobile, et appliquez-vous à rigidifier au maximum toutes les pièces.
    • Considérez les sections de matériaux comme des minimums, en général il n'y aura pas d'inconvénient à utiliser une dimension légèrement supérieure.
    • Les plateaux de bois seront avantageusement rigidifiés en boulonnant fermement des renforts (les glissières de sièges, par exemple) et en plaçant de larges rondelles contre le bois.
    • Il est possible de raidir les tiges filetées avec une enveloppe tubulaire pour plus de robustesse.
    • Serrez correctement les fixations et assemblages, fermement et sans excès, des contre-écrous ou des écrous freinés sont parfois indispensables.
    • Fixez les câbles, ne les laisser pas pendre, dépasser ou trainer.
    • Retenez également qu'un seul trou mal placé ou qu'une amorce de sciage, quelque soit le matériau, peut gravement fragiliser une pièce et par voie de conséquence votre simulateur, voire provoquer un accident.
    • Vérifiez régulièrement tous les serrages et lubrifier les rotules après quelques heures de fonctionnement.

    Une telle entreprise, à votre portée, nécessite un minimum de rigueur !

    Le traçage est l'opération fondamentale de la réalisation. De sa qualité dépendront les angles qu'il sera possible, ou non, d'atteindre.
    Une erreur de positionnement des composants du simulateur peut avoir des conséquences désastreuses et destructrices.

    Tracé du socle

    Le tracé doit s'effectuer directement sur le panneau de 20mm. Sa taille minimale est de 690mm x 790mm coloriée en orange sur les images.
    Si vous réalisez une construction métallique en tube, utilisez un carton pour effectuer ce tracé.

    L'objectif est de tracer un triangle dont les pointes permettrons de positionner les moto-réducteurs.
    Le plus simple pour tracer un triangle dans un cercle, c'est d'abord de dessiner un hexagone.
    Vos souvenirs de géométrie sont trop loin ? Alors faites un tour sur le web, c'est plein d'exemples et de vidéos.

    Si vous ne disposer pas de compas suffisamment grand, prenez une pointe que vous enfoncerez légèrement à l'emplacement du centre.
    Attacher un crayon à un bout de ficelle, puis de l'autre bout, faites une boucle à la bonne longueur et accrochez la boucle à la pointe.
    Il ne vous reste plus qu'à tracer.

    Tracé du socle du simulateur

    Tracez avec une règles le triangle et ses médianes ou médiatrices puisque nous sommes dans un triangle équilatéral.
    Dans les faits, vous pouvez utiliser un plateau de taille plus grande, par contre les choses importantes à respecter sont la position et le tracé du triangle.

    Note : La partie orange représente la taille minimale du plateau. La partie verte-claire peut être utile pour placer les alimentations et l'électronique, elle peut être augmentée sans inconvénient. Les bandes latérales, en vert-foncé, délimitent l'encombrement pour un habillage complet qui protègera des mouvements des manivelles.

    Maintenant nous allons tracé l'emplacement des trois supports moteurs. Disposés en en étoile sur l'axe des médianes.
    Tracez à 22mm, de part et d'autre, des médianes deux parallèles.
    Tracez à l'extérieur des pointes du triangle une droite, parallèle au coté opposé, distance de 445mm du centre. A l'arrière c'est plus facile puisque nous sommes en bordure de la plaque.

    Tracé des supports-moteurs

    Les supports de moto-réducteurs

    Chacune des branches de l'étoile support est composée d'une pièces en bois, et deux en tôle d'acier de 2,5 ou 3mm.

    Les cales

    A l'entre-axe de 70mm il faut ajouté au bout de la manivelle 10mm de matière et par sécurité nous gardons dix millimètres de réserve. Ce qui place l'axe de sortie des réducteurs à 90mm au dessus du socle. L'axe de sortie se situe à 50mm de sa base : 90 - 50 = 40mm d'épaisseur à retenir pour les cales qui permettent aux manivelles de parcourir les 360°.

    Les trois pièces de bois nécessaires ont pour dimension de 45mm x 40mm sur 440mm de long, elles servent à la fois à surélever et fixer les moteurs.
    Notez sur ces pièces le trait "Repère placement moteur", à 40mm de l'extrémité externe qui nous sert a positionner les moto-réducteurs.
    Tous les trous ont un diamètre de 8mm.

    Dessus d'une cale supports moteur
      Coté d'une cale supports moteur

    Note : Pensez à repérer la position de l’extrémité des boitiers de réduction à 40mm du bout de la branche de l'étoile.
    La largeur exacte du boitier de réduction est de 44mm. Il n'y aura pas d'inconvénient à utiliser un morceau de bois de 45mm qui a toute les chances de s'écraser lors du serrage entre les deux platines métalliques. La hauteur de 40mm pourra être modulée en fonction de la longueur des manivelles utilisées.


    Les fixations

    Les platines latérales sont réalisées en tôle d'acier de minimum 2 à 3mm d'épaisseur. Par moteur, donc par branche, il en faut deux. Ce qui nous fait six tôles de 55mm x 160mm.

    A l'entre-axe de 70mm il faut ajouté au bout de la manivelle 10mm de matière et par sécurité nous gardons dix millimètres de réserve. Ce qui place l'axe de sortie des réducteurs à 90mm au dessus du socle. L'axe de sortie se situe à 50mm de sa base : 90 - 50 = 40mm d'épaisseur à retenir pour les cales.

    Platine support moteur

    Note : Les trous de fixations des boitiers de réduction sont percés d'origine à 6,5mm. Pour plusieurs raisons nous recommandons d'aléser, à l'aide d'un foret, ces trois trous à 8mm. Le boitier étant en aluminium ceci ne pose pas de difficulté particulière.
    Vous pouvez opter pour des équerres galvanisés, bien dimensionnées, du commerce. Prévoyez bien les trous de fixation appropriés et pensez que l'ensemble doit assurer une excellente rigidité longitudinale et transversale.


    Variante de fixation

    Il est possible d'utiliser les équerres d'assemblage galvanisées que l'on trouve en magasin de bricolage. Les dimensions étant très variable, retenez seulement qu'elles doivent avoir une aille d'un minimum de 60mm. Préférez un modèle en tôle de 2,5mm. N'hésitez pas à poser quelques vis à bois dans les trous disponibles en plus de vis M8 et de leurs larges rondelles. Ci-dessous un exemple qui ne cote que les hauteurs importantes, les autres cotes dépendent des caractéristiques du modèle trouvé.

    Fixations par équerres

    Les renforts tubulaires

    Afin de luter contre les effets transversaux, à-coups et autres vibrations, il est prudent d'assurer la stabilité du système. Les liaisons que nous allons établir doivent être parfaitement rigides. Pour ces raisons il faut écarter le fer plat qui ne convient pas. Pour sa simplicité de réalisation nous avons choisi d'utiliser du tube de diamètre 20mm minimum. Une cornière aurait pu convenir mais elle nécessite d'avoir accès à la soudure.
    Pour fabriquer ces renforts il vous faut trois tubes de 615mm. A l'aide d'un feutre et d'une règle, tracez une ligne sur le coté du tube. Ce trait vous permet d'aligner les deux bouts à aplatir. Pour repérer ou pincer ces bouts tracez un cercle autour du tube, à vingtaine de millimètres de chaque extrémité.

    Traçage d'un renfort

    Pincer une extrémité du tube à la verticale dans un étau. Placez le repère du contour à affleurer le haut des mâchoires et le trait vertical que vous avez tracer à égale distance des deux mâchoires. Ensuite serrer l'étau en faisant attention que le tube ne remonte pas. Si c'est le cas, pincez le, par exemple à 30 millimètres au lieu de 25. En résumé allez-y progressivement jusqu'à l'écraser au maximum. Procédez de la même façon à l'autre bout du tube en faisant attention que les deux plats des extrémités soient sur un même plan, le trait vertical est là pour vous y aider.

    Note : - Avant de pincer les tubes définitivement, il est recommandé de faire un essai sur une chute de tube afin de voir la façon dont le tube va se comporter.
    - Si la qualité ou l'épaisseur du tube que vous utilisez provoque sa fente lorsque vous l'écrasez, vous pouvez intercaler un morceau de fer plat dans les entrées du tube. Quelques centimètres suffiront et resteront en place. Attention, il faudra les plier et cela peut nécessiter de prévoir des vis un peu plus longue lors de l'assemblage sur les réducteurs.

    Quand les deux extrémités sont plates pincer en une à 20mm du bout en veillant à ce que le tube soit parfaitement vertical et tirez le vers vous jusqu'à obtenir un angle de 120° entre la partie plate et l'axe du tube. Ne le faites que d'un bout et percer le d'un trou de 8mm de diamètre à 10mm du bord.

    A cet avancement présentez en place le tube en passant une vis M8 dans le corps du réducteur. De manière à vérifier votre travail et à éventuellement le corriger avant qu'il ne soit trop tard. Cette opération est appelé un "montage à blanc".

    Si c'est correct, cintrez la seconde extrémité et refaite un nouveau montage à blanc. Quand le tube est en place, le boulon de l'autre moteur serrant le tube, à l'aide d'un feutre repérer l'axe de perçage du second trou du renfort. Démonter et percez ce second trou, vérifier, vous venez de terminer un renfort.

    Lors de leur mise en place pensez à mettre de larges rondelles pour bien appliquer la surface aplatie des renforts contre le boitier.

    Assemblage du socle

    Tracez et percer la plateforme en positionnant avec un maximum de précision. Remarquez que contrairement à la branche arrière de l'étoile, les deux branches latéral sont plus délicates à placer correctement. La qualité de votre tracé est un excellent repère ou fabriquez vous une "équerre" en carton avec des branches de 400mm à 120°.

    Extrémité angle avant gauche

    L'assemblage du socle s'exécute à l'aide de boulons, écrous, rondelles larges M8. Ceci nécessite de disposer d'un peu d'espace sous le plateau-socle. Ça tombe bien, il est hors de question de poser le plateau directement au sol. Nous en profitons pour fixer des tampons de caoutchouc d'un bon diamètre sous ce plateau. Les boulons aux extrémités de l'étoile peuvent convenir à les maintenir et la hauteur de ces pieds fourni l'espace nécessaire aux têtes des boulons. Dans l'interstice du centre de l'étoile placez un boulons avec une très large rondelles (éventuellement en bois) qui solidarisera ensemble des branches de l'étoile.

    Pour cela vous aurez besoins de 15 boulons de M8 x 60mm pour fixer les platines. Et de 10 boulons de M8 x 80mm pour fixer les cales, n'oubliez pas les rondelles larges contre le bois. Le dixième boulons va au centre de l'étoile. Vous pouvez remplacer les boulons par des morceaux de tige filetées, mais dans ce cas pensez à les couper suffisamment longs pour l'écrou supplémentaire.
    Les renforts tubulaires, fixés en partie haute des boitiers de réduction, utilises trois vis M8 x 80mm. Pensez aux rondelles et serrez fermement toutes ces vis, par la suite n'oubliez pas d'en vérifier le serrage quelque temps après la mise en service du simulateur.

    Premier assemblage

    Note : Si vous disposez bien de bons gros pieds munis de tampons de caoutchouc sous les moteurs, il ne sera pas indispensable de renforcer davantage le socle.

    Le plateau mobile

    Le plateau mobile est la pièce qui va vous demander une grande précision. Ce sont les tracés des triangles du socle et du plateau mobile qui définissent la cinématique de votre simulateur. Les dimensions que vous reportez ont une influence directe sur l'amplitude des mouvements et leur symétrie. Les risques augmentent en cas de non respect des cotes, alors apportez-y le plus grand soin.

    Le tracé doit s'effectuer directement sur le contre-plaqué de 20mm de 625mm x 720mm. Commencer votre traçage sur le coté long du panneau qui sera l'arrière du simulateur.
    Si vous optez pour un montage différent de celui décris plus loin, adaptez le panneau en conséquence.
    Reprenez la technique utilisée plus haut pour l'embase. Attention ici, le centre du cercle n'est pas le centre du plateau.
    Comme précédemment ce sont les pointes du triangle qui doivent être parfaitement positionnées. Avant de commencer nous devons effectuer de petits calculs dépendant de notre mode de fixation des rotules.

    Calcul du rayon de traçage de positionnement des joints de Cardan

    Les joints de Cardan, dans notre montage, sont placées en limite extérieure du plateau mobile. Leurs trois axes verticaux doivent former un triangle équilatéral afin de respecter la cinématique définie.

    Calcul des rayons de perçage des fixations de rotules


    Pour les perçages nous utilisons, comme toujours, le Rayon d'Implantation (389mm), le Rayon Limite Extérieur (RLE=RI+10) et les cotes de nos cornières de fixation.
    • Distance vis extérieures = Dve = 25mm
    • Distance vis intérieures = Dvi = 55mm
    • Rayon de perçage extérieur = RLE - Dve = 399 - 25 = 374mm
    • Rayon de perçage intérieur = RLE - Dvi = 399 - 55 = 344mm

    Tracé du plateau mobile

    Tracé du plateau support mobile

    Pour respecter la géométrie définie plus haut nous devons veiller à ce que les rotules soient parfaitement à 120° les unes par rapport aux autres. Tracez le triangle et les cercles de perçage calculés ci-avant.

    Tracé des fixations des rotules

    Note : Pensez à bien repérer le centre du triangle formé par les rotules, c'est à la verticale de cet axe que doit être placé le centre de gravité de l'ensemble mobile.

    Les manivelles

    Si techniquement fabriquer les manivelles ne présente pas de difficulté hors de porté de l'amateur, le problème est de disposer d'une solution pour percer un trou de Ø 20mm.

    Heureusement Thom Concept (Rider63) à conçu pour vous les manivelles correspondant à vos besoins et vous pouvez les acquérir au près de SimuKit.

    Si vous avez les moyens de perçage adéquats, voici les cotes de réalisation de ces manivelles à l'aide de tube carré de 30x30x2mm. Attention, le positionnement des deux trous de 8 mm sur la même face est important. En effet l'axe de sortie des moto-réducteurs est traversé par un trou de 8 mm placé à 9 mm de son extrémité. En cas de mauvais perçage le tube carré ne serrerait pas sur l'arbre. La seconde vis assure, à l'aide de la fente vis-à-vis, le serrage indispensable de l'autre coté du carré.

    Pour scier la fente entre les deux trous de 20mm et 8mm se fait simplement en ôtant la lame de scie de la monture et en la remontant à travers le trou.
    Il faut placer une très large rondelle en bout d'arbre pour empêcher le tube carré de glisser pendant le serrage et sous les efforts de fonctionnement brutaux du simulateur.


    Réalisation d'une manivelle tubulaire    


    Les croisillons des joints de Cardan

    Dix centimètres d'acétal de Ø 30mm suffiront, couper le morceau en trois éléments d'environ 32mm chacun.
    Tracer sur chacune des extrémités, à l'aide d'un gabarit en carton, un carré de 25 mm de coté en ayant soin de repérer un axe sur le coté. Pour cela tracer un trait vertical sur un coté du rond d'acétal et un index sur le carré de carton.
    Taillez, à l'aide d'une scie à métaux, le surplus de matière en pensant à l'épaisseur de la lame de scie et à garder les deux cotés parallèles. Et veillez à ce que les coupes des deux extrémités soient bien perpendiculaires.
    Ensuite tracez et percez les trous de 8mm.



    Attention les axes traversant l'acétal doivent être lisses. Procurez vous 6 vis M8 x 45mm qui ne sont pas filetées sur toute leur longueur.

    Fixations des croisillons au plateau mobile

    Pour réaliser ces fixations vous avez besoin d'environ 400mm de cornière de 25 x 25 x 3mm. Chacune requière deux morceaux de 65mm, chacun percés de façon symétrique de trois trous de Ø 8mm.

    Ancrage supérieur du croisillon

    Les bielles

    Les dimensions portées sur le dessin sont indicatives. Deux sont très importantes, l'une c'est l'entre-axe entre les deux bielles et l'autre la hauteur minimale du "pont" à 160mm, c'est elle qui permet à cet attelage mobile de passer au dessus du boitier de réduction. Ces deux bielles doivent être parfaitement verticales, leur espacement est conditionné par les manivelles et les trois rondelles de 2mm d'épaisseurs nécessaires au passage des embouts de rotule.
    Les bielles sont constituées de deux tiges filetés d'environ 180mm enveloppées d'un tube d'acier de Ø 14mm d'environ 120mm. Elles sont coiffées par le pont en tube carré de 2mm d'épaisseur et 25mm de coté. La pose de contre-écrous ou d'écrous frein est indispensable.
    Sur le pont s'articule le croisillon du joint de Cardan. Pour le réaliser on utilise du fer plat de 20x5mm percé de trous de Ø 8mm.

    Pont de bielle

    Si vous pouvez souder deux plat percés d'un trou chacun, sinon un plat en U et un boulon feront l'affaire. Ne percer les trous traversant qu'une fois les plats en place. Pour permettre un meilleur glissement de part et d'autre du croisillon on insère une rondelle large. Il faut donc tenir compte de cette épaisseur et ajouter des rondelles, entre le fer plat et le tube carré, lors de la soudure ou du montage.
    L'espace sous le croisillon est important pour autoriser la prise d'angle latéral sans interférer avec la tige filetée.
    Vous avez opté pour la seconde solution en U, alors penser à l'épaisseur supplémentaire sous le pont. Elle risque de vous obliger à allonger les tiges filetées et les tubes.

    Dimensions d'une bielle

    Vous remarquerez le montage des tubes ronds dans le tube carré :

    Détail assemblage bielle

    De part et d'autre du tube carré les perçages sont différents. Le trou supérieur est à 10 mm afin d'autoriser le passage de la tige filetée. Le trou inférieur, lui, est alésé au diamètre extérieur du tube renfort de gainage.
    En résumé le serrage se fait seulement entre l'extrémité du tube rond (bleu) et le coté supérieur du tube carré (gris) soit sur quelques millimètres d'épaisseur.
    Ceci est important pour deux raisons :
      Empêcher l'écrasement du tube carré lors du serrage ainsi qu'au fil du temps.Assurer une plus grande rigidité latérale à la bielle.
    Ce type de montage est à appliquer même si vous soudez les tubes pour éviter l'écrasement du tube carré.
    Ici sur les tiges de 10 mm sont gainées de tube 12/14 mm, ce peut être plus si vous en disposez du moment qu'il rentre dans le tube carré. Dans ce cas il s'appuiera sur une robuste rondelle contre l'embout de rotule.
    Ce montage est particulièrement important pour assurer la rigidité latérale du système. Les tiges filetées risquant de fléchir facilement sous les à-coups répétés de la simulation. Si vous avez la possibilité de souder les tubes, des trous de 10 millimètres suffiront.

    Note : Si vous n'utilisez pas les manivelles ou les rotules du kit, pensez à corriger les cotes en fonctions des spécificités de vos matériels. De même si vous utilisez un tube de diamètre plus important pour les renforts, ceci peut avoir une influence sur la hauteur minimale des bielles.

    Assemblage de votre simulateur

    Les cornières sont simplement fixées au plateau par des vis M8 de 35mm et une large rondelle est appliquée coté bois. Pensez à mettre aussi, coté écrou, une rondelle éventail ou Grower afin d'éviter le desserrage.

    Votre futur simulateur
      Différentes hauteurs du plateau au dessus du sol :
    • En simulation :
    • - Haut 430mm
    • - Bas 310mm
    • Extrêmes :
    • - Haut 440mm
    • - Bas 300mm

    - 7 - Options et variantes Retour au sommaire

    Position de conduite

    Il est hors de question de vous imposer une position de conduite qui ne correspond pas à vos attentes, chacun ayant ses préférences et son style. Cependant il faut prendre en considération plusieurs éléments avant de se lancer dans la construction du simulateur. Comme vous pouvez le voir sur l'image suivante, selon la longueur de votre structure, vous ne disposez pas de plus d'une dizaine de centimètres entre le sol et l'avant de la structure mobile.


    Risque d'interférence de la structure mobile avec le sol    


    Une des règles fondamentales dans un système dynamique comme le nôtre, c'est que le centre de gravité (CG) soit au plus près du centre de rotation (CR). Le centre de rotation de notre installation se déplace au gré des mouvements à quelques centimètres sous le plateau mobile.

    Cependant l'expérience de la conduite sur un tout mobile nous incite à recommander de disposer le CG plateau mobile à égale distance de la droite passant par les rotules avant et le centre de la rotule arrière. Ceci équilibrera au mieux et la charge les mouvement de freinage étant généralement plus intenses que ceux de l'accélération. Ce montage type de montage semble moins nécessaire avec un simple siège mobile (à vous de tester).


    Position du CG sur "tout mobile"


    De ces règles, imposées par la physique, il découle que le fond du siège baquet doit se trouver au plus près du plateau mobile, directement fixé à celui-ci, évitez au maximum de le surélever.
    Alors me direz-vous la seule position de conduite possible c'est celle d'une formule, les talons à quelques centimètre sous le niveau du siège ! frustration assurée des pilotes de rallye...
    Rassurez-vous la solution est simple : il suffit d'allonger les bielles d'autant que souhaiter augmenter la distance verticale entre vos fesses et vos talons. Ceci ne modifiera en rien le comportement du simulateur en améliorant votre confort de conduite. Bien sûr, cela surélèvera la hauteur moyenne du siège mais nous partons de relativement bas.

    Note : Si vous souhaitez avoir 100mm entre le fond du siège et la surface ou repose vos talons, les tiges filetées des bielles passeront de 180 à 280mm et les tubes renforts (ici indispensable à cause du risque de flambage qui augmente avec la longueur) de 110 à 210mm.

    De ce fait le couple nécessaire au renversement sera plus faible ce qui risque d'impliquer l'élargissement entre les points d'appuis au sol...

    Points d'appuis

    Un exemple de ce qu'il est possible de faire, au plus serré, comme protection avec des panneaux de 10mm d'épaisseur. Probablement y-a-t'il suffisamment de place des deux cotés du moteur arrière pour placer l'électronique et les alimentations électriques.
    Remarquez également l'exemple d'amorce de structure tubulaire. Profitez de l'espace sous le plateau pour abaisser le centre de gravité en boulonnant la structure en même temps que les glissières, ici en noir et éventuellement supprimer les angles inutiles dudit plateau. A vous d'imaginer la structure mobile qui vous convient. Les règles étant de faire rigide, léger et de concentrer les masses au plus près du centre de gravité...

    Le 3DOF fermé

    Variations

    Le projet que nous venons de décrire n'est qu'un exemple. De nombreuses possibilités s'offrent à vous, tout dépend des objectifs que vous vous fixez. Cependant la cinématique et la physique ont leurs lois intransgressibles.

    Une des contraintes retenues est celle induite par le choix des rotules qui limite les prises d'angle à plus ou moins de 13°. Sachez qu'il existe des rotules qui autorisent jusqu'à 16°. Mais leur diamètre nominal de 14mm ne met pas leur utilisation à la portée de tous.
    Il existe une solution qui consiste à utiliser des "agrandisseurs d'angle" avec les rotules habituelles : http://www.25crmo4.fr/Roulements - Rotules.htm#hoekver

    Agrandisseurs d'angle (Tarifs 08/16)

    L'intérêt de pouvoir dépasser 13° et éventuellement de réduire la manivelle c'est de diminuer la taille du simulateur. Ainsi il devient possible de faire passer par une porte standard notre construction. Pour cela on limite les angles à 15° par sécurité pour la mécanique et on peu réduire aussi le perçage des manivelles à 65mm. En choisissant ces option il est nécessaire de revoir l'implantation en prenant comme référence le cercle de base qui passe de 389mm à 313mm. Quelques calculs simples seront nécessaires pour arriver à vos fins, pour cela il vous suffit de suivre pas à pas l'exemple de ce guide et de vous adapter. Le rayon d'implantation ne peut pas, ne doit pas, descendre en dessous de 290mm.

    Attention, en jeu, les angles d'inclinaisons risquent d'être importants et devront probablement être limités dans SimTools. L'étroitesse relative du simulateur nécessitera d'adjoindre des jambes de force sur les cotés et à l'arrière, elles pourront éventuellement être repliables, à l'image de ce que nous avons réalisé pour l'avant de notre simulateur.

    Calculs manivelles de 65mm et angle 15°

    Télécharger la feuille de calcul (.ods, logiciels gratuits) qui vous permettra de penser et optimiser votre 3DOF à effet de houle.

    Télécharger la feuille de calcul (.xls, Microsoft) qui vous permettra de penser et optimiser votre 3DOF à effet de houle.

    Note : En résumé, moins vous souhaitez d'amplitude dans les mouvements, plus l'encombrement augmente et inversement.

    - 8 - Relier la mécanique et l'informatique Retour au sommaire

    Pour réaliser ce travail nous utilisons les deux vecteurs que sont l'électricité et l'électronique. Le travail mécanique produit par les moteurs électriques doit être géré pour assurer la simulation. Plusieurs composants sont indispensables pour arriver à nos fins :
    • Capteur de position
    • Carte de puissance
    • Carte Micro-contrôleur

    Le capteurs de position (Potentiomètre)

    Les moteurs électriques nous servent à positionner la pseudo voiture qu'est notre simulateur. Ils doivent très rapidement atteindre la position demandée par le jeu et nos commandes : volants, pédales, etc. Pour cela nous utilisons des cartes de type "pont en H" pour inverser le sens de rotation des moteurs à courant continu, elles mêmes sont gérées par le micro-contrôleur Arduino. Pour travailler le micro-contrôleur a besoin d'être constamment informées de la position des manivelles (élévation relative des bielles). A cette fin nous utilisons des potentiomètres qui renseignent le système sur le placement de la plateforme. Les seuls potentiomètres à retenir doivent avoir 360° de rotation, dans les autres cas c'est la casse assurée... Cependant bien qu'étant capable de faire plusieurs tours ce type de potentiomètre n'a une plage active que sur 300° à 340°.

    Note : Les potentiomètres à 360° (sans butée) ont été choisis plutôt que tout autre capteur (effet Hall ou autre) pour leur excellent rapport qualité/prix et leur simplicité de mise en œuvre.

    Comme vous le savez nous souhaitons exploiter la rotation des manivelles sur 120°. Mettre le potentiomètre en bout d'arbre du moto-réducteur nous fera perdre beaucoup de précision, ce qui engendrera des oscillations parasites. La solution consiste à utiliser des engrenages qui auront pour rôle de parcourir 300° sur le potentiomètre lorsque 120° seront parcourus par la manivelle.
    Nous devons donc déterminer le rapport de démultiplication nécessaire pour notre exemple :

      Rapport de démultiplication : 300 / 120 = 2,5

    En partant de l'hypothèse que nous disposons d'un pignon de 50 dents pour le moteur calculons le nombre de dent nécessaire au potentiomètre :

      Nombre de dents au potentiomètre : 50 / 2,5 = 20 dents

    Avec un couple de pignon de 50 et 20 dents nous remplissons donc parfaitement le cahier des charges pour une rotation moteur de 120° et une utilisation de 300° du potentiomètre.

    Le support de potentiomètre

    Ici il est très simple à réaliser, choisissez un matériau isolant de quelques millimètres d'épaisseur et de 100mm de long par 30 à 40mm de large.

    Le support d'un capteur de position

    Notez les quelques astuces du montage, d'abord les diamètres des trous sont à adapter à vous composant.
    L'arbre des moteurs 350w fait 20mm de diamètre. Le trou est donc très légèrement supérieur pour ne pas forcer sur l'arbre. Le trou supérieur est ici à 10mm mais d'origine le carter du moto-réducteur est percé à 6mm que nous vous recommandons d'aléser à 8mm à l'aide d'un foret. Le jeu restant autorisera de petites erreurs de cotes tout en facilitant le montage, mais la plaquette devra être serrées entre des rondelles.
    Pour réalisé le trou oblong commencer par percer les deux trous de 3mm puis les deux de 9mm et terminez les avec une petite lime plate.
    Mais au fait, pourquoi un trou oblong ?
    Et bien pour au moins deux bonnes raisons :
    - Permettre un ajustement précis des engrenages
    - Permettre un "débrayage" du capteur de position dans la phase de mise au point.

    Pensez à mettre une rondelle sous l'écrou du potentiomètre afin qu'il soit bien maintenu et ne glisse pas dans le temps.

    Cotes et traçage d'un support

    Le montage de capteur de Wanegain    


    Le câblage

    Chez vous, à la maison, les prises électriques acceptent une intensité maximale de 16 ampères. Pour transporter ce courant la section des fils est 2,5mm². Une simple division nous permet de calculer la densité au mm² :

      16 / 2,5 = 5,77 Ampères/mm²

    Les moteurs de 350w sont alimentés en 24 volts ce qui nécessite une intensité de :

      350 / 24 = 14,6 Ampères

    Il en résulte que du fil de 2,5mm² sera parfait pour alimenter un moteur. Mais ATTENTION une carte Sabertooth alimente deux moteurs !
    Il faudra donc entre l'alimentation et chaque Sabertooth du fil de 6mm² (ou à défaut doubler le 2,5mm²).

    Note : Pour des raisons de sécurité, respectez scrupuleusement ces sections de fils afin d'éviter les surchauffes ainsi que des pertes de performance.

    Schéma de câblage


    Provisoire : deux moteurs    


    Il est recommandé de prendre le 5 volts des potentiomètres sur l'Ardiuno plutôt que sur les Sabertooth. En effet, en cas de dysfonctionnement ou de coupure d'alimentation 24v les potentiomètres seront toujours alimentés. Ce qui fait que lors du redémarrage il y aura cohérence des valeurs des positions puisque qu'elles auront été mémorisées par l'Arduino.

    • Carte Sabertooth n°1 : Reliez la borne S1 à la broche 8 de l'Arduino
    • Carte Sabertooth n°2 : Reliez la borne S1 à la broche 10 de l'Arduino

    Attention aux entrées des potentiomètres sur l'Arduino : A0,A1 et A2
    Respectez cet configuration pour être en concordance avec les logiciels :
    • A0 = Moteur M1 de la Sabertooth n°1 => Axis 1 dans Simtools
    • A1 = Moteur M2 de la Sabertooth n°1 => Axis 2 dans Simtools
    • A2 = Moteur M1 de la Sabertooth n°2 => Axis 3 dans Simtools

    La carte de puissance (Sabertooth ou Moto-Monster)

    C'est cette carte électronique qui alimente les moteurs à courant continu (DC). Elle est directement reliée à l'alimentation basse tension et envoi selon les instructions reçu du micro-contrôleurs les ordres de rotation dans un sens ou l'autre.
    Ce type de carte remplace avantageusement les relais puisqu'il n'y a pas de contacts. Le pont en H permet de réaliser deux fonctions qui sont d'inverser le sens de rotation du moteur en inversant le courant aux bornes du moteur et la variation de la vitesse du moteur en modulant la tension aux bornes du moteur. De plus, il permet d'effectuer un freinage magnétique s’il est capable d'en dissiper la puissance générée. En effet un moteur tel que ceux que nous utilisons est dit "universel" car il fonctionne aussi bien en moteur qu'en dynamo.

    Note : De ces dernières remarques nous pouvons déduire que les résistances livrées avec ce type de carte ne sont pas forcément nécessaires.

    Pour configurer la carte Sabertooth tout est là

    La carte micro-contrôleur (Arduino)

    Dorénavant les moto-réducteurs et leurs capteurs de position sont connectés aux cartes de puissance, mais ne sont toujours pas en communication avec le jeu. Pour cela mettons en œuvre la carte micro-contrôleur (Arduino). Cette carte relié au micro-ordinateur, via un port et un câble USB, reçoit les informations du jeu à travers le gestionnaire du simulateur qu'est SimTools d'une part. D'autre part les potentiomètres l'informent sur la position de la plateforme. Après traitement des ces deux types de données le micro-contrôleur envoi ses ordres aux moteurs via les cartes de puissance.
    Le traitement qui fait coopérer tout ce petit monde est le programme "injecté" dans notre carte-contrôleur (Arduino). Ce programme reçoit les informations du PC de jeu via SimTools et selon les informations fournies par les capteurs de position il oriente à l'aide des moteurs le positionnement de la plateforme du simulateur.

    Le programme du micro-contrôleur

    La réalisation d'un "sketch" Arduino nécessite quelques connaissances de la programmation et de son fonctionnement. Si vous n'avez pas ces compétences Wanegain met à votre disposition son savoir faire dans le domaine sur le site PCSHM : "SimTool 3 moteurs" qui va vous permettre d'agiter votre réalisation. Pour cela vous devez avoir pris connaissance des bases de fonctionnement de l'Arduino. Vous trouverez sur le web de très nombreux tutoriels, à vous de choisir celui qui vous convient, les moteurs de recherche sont à votre disposition. Ensuite il vous suffit "d'injecter" ce code dans la carte et si vous avez bien respecté les recommandations vous pouvez commencer les tests en grandeur réelle...

    Le PID

    Après la mise en œuvre mécanique d'un capteur de position efficace, nous sommes confronté à l'aspect "temps réel" du problème. En effet rien n'est instantané, il faut du temps pour atteindre la position de consigne (celle demandé par le jeu) et stabiliser cette position (temps d'arrêt du moteur qui continue plus ou moins à tourner malgré que le courant soit coupé ou inversé). Pour gérer ce phénomène il existe une méthode de régulation appelé PID pour "Proportionnelle, Intégrale et Dérivée".
    Cette méthode n'a rien de bien compliqué en elle même et pour mieux l'appréhender je vous invite à lire la page de Ferdinand Piette : Implémenter un PID sans faire de calculs !

    Aucune inquiétude à avoir pour sa mise en œuvre, les versions de logiciel mise à votre disposition sur le site le prennent parfaitement en compte. Avec ces informations, et d'autres, vous pourrez peut-être améliorer ou faire évoluer votre simulateur.

    Note : Un bon réglage du PID est indispensable pour assurer un fonctionnement correct du simulateur. Il doit être parfaitement réglé avant de se lancer dans le paramétrage de SimTools.

    Si vous souhaitez affiner le PID, Adp-sys a réalisé un générateur de code très pratique :

    Générateur de code PID pour Arduino et SimTools

    Et le propos tenu par notre camarade de jeu est ici

    Premier tours de roues

    La version gratuite du logiciel de simulation automobile "Live for speed" (LFS) autorise l'utilisation de SimTools avec un plugin lui aussi gratuit. Pour ces raisons nous vous encourageons à débuter la mise au point de votre simulateur avec ces éléments.

    _________________
    Bon courage !

    Et surtout, n'hésitez pas à m'interpeler au cas ou je ne suis pas assez clair...

    Momoclic


    _________________
    L'imagination est plus importante que le savoir (Albert Einstein)
    3DOF effet houle
    Règles pour 2DOF
    Projet évolutif 2DOF/3DOF


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    MessagePosté le: Ven 5 Fév - 20:53 (2016)    Sujet du message: Publicité

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    MessagePosté le: Ven 5 Fév - 21:46 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

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    MessagePosté le: Sam 6 Fév - 15:16 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

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    MessagePosté le: Sam 6 Fév - 23:57 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Excellent et très bien écrit !

    Une remarque quand même :
    Citation:
    Déplacement vertical obtenu avec des bras de manivelles de 70mm

    Sur cet exemple vous remarquez que pour obtenir une même course de 70mm, il suffit d'allonger le bras de manivelle de 39 à 45mm lorsque l'on passe de 180° à 120° de rotation.


    La valeur de la course est particulièrement mal choisie par rapport aux manivelles, ça peut porter à confusion !

    Très bonne idée d'expliquer comment faire les tracés, c'est très pratique.
    Par contre je pense que tout le monde n'aura pas les mêmes équerres pour fixer les moteurs donc les tracés seront un peu différents. Il faut peut être aussi préciser quelle est la partie du moteur qui doit être sur la pointe mais aussi l'orientation des moteurs.

    En tout cas bravo pour cette étude, c'est très complet, très clair et suffisamment précis.

    Je vais attaquer la conception très bientôt j'espère. Ca sera dans un premier temps sur du MDF car pour l'instant je n'ai que ça, mais je vais voir pour changer ça par du métal par la suite.

    Je rajouterai que les trous de fixation des moteurs sont de diamètre 7mm, et que l'on conseille d'agrandir ces trous au diamètre 8mm (je suppose que c'est pour ça les boulons de M8).

    Dès que j'attaque le tracé, je prendrai des photos que je t'enverrai pour illustrer ce guide (si tu veux bien). Je me demande même si je ne vais pas faire une vidéo d'explication réfléchi
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    MessagePosté le: Dim 7 Fév - 00:09 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Merci.
    Pour les manivelles, l'image était déjà en ligne, solution de facilité Wink je changerai...

    J'avais noté et j'ai de suite adhéré à la proposition de Willaupuis de contre-percer à 8mm.

    Je ne pense pas que ma méthode soit influencée par le choix des équerres, le réalisateur saura facilement s'adapter je pense (à voir) ?
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    MessagePosté le: Dim 7 Fév - 00:19 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Non ce que je veux dire, c'est que quand on va tracer le triangle, il faudrait savoir ce qui va se positionner sur la pointe même si ça nous parait évident.

    Pour les équerres comme elles sont sur le côté du moteur, il faut prévoir plus de largeur du socle sinon elles risquent de dépasser.
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    MessagePosté le: Dim 7 Fév - 00:31 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Tu vas trop vite, j'y suis... il me manque un élément et tu auras tout
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    MessagePosté le: Dim 7 Fév - 08:49 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Bien pratique ce guide , sa va aider beaucoup de personne et un sacré gagne temps et je sais de quoi je parle fumeur

    Chapeau maurice
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    MessagePosté le: Dim 7 Fév - 13:07 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Merci, oui mais toi tu n'as eu que des plans et que quelques explications téléphoniques.
    Tu as le sens et l'âme du bricolage cool

    ça doit bien te servir en ce moment...
    L'expérience parle, j'ai construit ma maison solaire en bois presqu'entièrement , il y a 30 ans... grrr
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    MessagePosté le: Dim 7 Fév - 21:04 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    La construction n'es pas encore entamer , reste le principale les banques et je me garde pas mal de taf dedans (faillances,placo , électricité ,plancher ,isolation,velux pour l’étage....) mais surtout ma pièces dédier au simu  yes
    Désoler pour le HS Wink
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    MessagePosté le: Dim 7 Fév - 21:22 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Bon courage, beaucoup de labeur, mais ça vaut le coup.

    En attendant, histoire de te recentrer sur le sujet Wink j'aimerais que tu lises ma dissertation sur la réalisation des renforts tubulaires.
    Le but est de savoir si je suis compréhensible et de me rectifier si je ne suis pas clair.
    Il en va de même sur toutes les autres parties du propos.

    Si d'autres veulent se prêter au jeu, leurs remarques seront aussi bienvenues.
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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 08:27 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    J'ai compris c'est que c'est assez clair :B
    Il juste pour les renforts des moteurs ou je mettrai obligatoirement un morceau de fer plat dans les tubes en les écrasant à l'étau ,même si sa ne fissure pas de suite et les rendra plus solide au niveau des l'angles 120° car moin de pincement .
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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 11:48 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Citation:
    Sur cet exemple vous remarquez que pour obtenir une même course de 70mm, il suffit d'allonger le bras de manivelle de 60 à 70mm lorsque l'on passe de 180° à 120° de rotation.

    Ce n'est plus 70mm la course :B

    J'ai lu et relu plusieurs fois et ma foi je pense que c'est compréhensible. C'est très bien de mettre toute la construction des supports des moteurs, je n'avais pas envisagé les choses comme ça. Avec toutes les informations qu'il y a, j'ai envie de dire : yapluka yes !

    Par contre je ne suis pas sûr de trouver exactement les mêmes éléments et les mêmes dimensions, mais s'adapter ne devrait pas être trop compliqué Okay
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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 12:11 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Merci, j'ai corrigé.
    A tout moment j'essaie de simplifier et de fiabiliser.
    Ceci m'amène à penser que la base en médium si elle est bien réalisé doit être assez robuste.
    Ma conviction n'est pas la même pour le plateau mobile qui lui, dans l'idéal seait en acier.

    Les calculs vont être mis à jour ainsi que la justification de certain choix.
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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 12:19 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Diable que c'est précis... 
    je n'ai pas d'observations particulières (pas assez expérimenté), mais c'est un travail formidable qui va être plus qu'utile..
    En tout cas, on comprends très bien, même lorsque l'on n'est pas bricoleur, ce qui est mon cas.


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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 12:31 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Le but de ce guide et comme la plupart de ceux que l'on retrouve sur ce forum est justement de proposer des solutions simples et à moindre coût. Par solutions simples, c'est surtout sans besoin d'outils spécifiques mais par principe il faut quand même avoir un minimum d'outille à disposition.
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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 17:36 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Citation:
    45 Nm x 0,07 m = 642,9 Newtons


    45 / 0,07 = 642,9 Razz
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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 19:40 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    A force d'imaginer des solutions dans tous les sens, j'ai arrêté de mettre a jour les calcul.
    Convaincu de tenir le bon bout j'ai tout refait et mis à jour ces calculs que je pense définitif après votre validation.

    Maintenant, tout est évident et simple, n'est-ce-pas ! wip mais il à fallu buriner...

    Malheureusement j'ai confondu quelques cotes en réalisant les plans, je n'ai plus qu'a modifier les cotes, Désolé je ferai ça demain.
    Mes calculs étaient pourtant corrects :


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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 22:57 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Très beau travail Momoclic!


    Pour ma part j'ai retenu un diamètre d'implantation de 611mm. Pourquoi as-tu retenu un rayon de 389?? 


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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 23:04 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    126 kg en statique ? :affraid:

    Ça change des 200kg !
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    MessagePosté le: Lun 8 Fév - 23:13 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Pas sur qu'il faille s'inquiéter, d'habitude on ne compte que la valeur maxi c'est à dire à 90° ici c'est en haut de la course, soit 30°
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    MessagePosté le: Mar 9 Fév - 09:50 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Salut momoclic,


    A propos de tes renforts tubulaires bleus, ne risquent-ils pas de rencontrer les manivelles dans le cas d'un 360° du moteur?


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    MessagePosté le: Mar 9 Fév - 10:37 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    D'après ce que j'ai calculé ça ne devrait pas toucher je ne sais pas
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    MessagePosté le: Mar 9 Fév - 11:15 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Puje_33 a écrit:
    Salut momoclic,


    A propos de tes renforts tubulaires bleus, ne risquent-ils pas de rencontrer les manivelles dans le cas d'un 360° du moteur?



    c'est un effet de perspective je pense, en réalité ils ne peuvent pas se toucher.


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    MessagePosté le: Mar 9 Fév - 11:27 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    ça passe même, je pense un peu juste, avec 100mm de manivelle
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    MessagePosté le: Mar 9 Fév - 14:29 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Wanegain : t'as oublié les pignons ! :prosterne:

    En mettant à jour les calculs, j'en ai profité pour rationaliser certaines cotes, mieux définir l'encombrement et simplifier le traçage.
    C'est pas simple de rédiger un manuel...
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    MessagePosté le: Mar 9 Fév - 14:35 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    ah oui juste ! Je t'envoi ça de suite Embarassed
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    MessagePosté le: Jeu 11 Fév - 11:24 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Bon après réflexions et remaniements de la structure du document je pense avoir simplifier le travail et les explications...
    Vous vous y retrouvez, tout est clair ?
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    MessagePosté le: Jeu 11 Fév - 11:45 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Je vais relire ça alors...
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    MessagePosté le: Jeu 11 Fév - 12:15 (2016)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle Répondre en citant

    Pour le socle, avec des mesures de 790x690 il faudra je pense le fixer au sol et je pense qu'il faut une longueur bien plus grande que 790 car ça me parait trop juste pour la longueur (surtout si la largeur est plus grande) pour que ça soit vraiment stable.

    Citation:
    Les rotules du SimuKit ont une bille d'épaisseur 14mm, de chaque cote on place une rondelle de petit diamètre (en violet sur l'image) et de 3mm d'épaisseur.

    J'ai cherché les normes des rondelles et je pense que le mieux serait de prendre deux M6 (ou M7) car l'épaisseur est de 1.6mm et le diamètre extérieur est de 12mm ou 14mm. Donc il vaut mieux prévoir 2x32mm plutôt que 2x30mm ! Et agrandir le trou intérieur est plus facile que de diminuer le diamètre du cercle extérieur. 12mm (peut être un peu juste de laisser 1mm de chaque côté, non ?) ou 14mm pour le diamètre extérieur ?

    Ensuite pour le plat de 5mm, n'est-il pas plus simple de prendre des petites équerres renforcées (qui va impliquer un plateau mobile plus grand) plutôt que de plier un plat de 5mm je ne sais pas
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    MessagePosté le: Aujourd’hui à 03:58 (2017)    Sujet du message: Tutoriel de réalisation d'un simulateur de pilotage 3DOF à effet de houle

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