GBC Dé-bille-mètre

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ThierryC2020
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GBC Dé-bille-mètre

Message par ThierryC2020 »

Dans le monde du GBC, certains modules effectuent des mesures sur le flot de billes. Jusqu'à présent, nous avons les compteurs mécaniques (assez spectaculaires, qu'ils soient à bascule ou à rouleaux), ainsi que des compteurs et débitmètres électroniques.
Mais celui des débitmètres mécaniques est encore à conquérir et pour cause : la réalisation mécanique de cette fonction est bien + complexe.

Mais, à l'aide de quelques connaissances de base en filtrage en électronique analogique, ainsi qu'en trouvant des similarités entre électronique analogique et mécanique, je suis parvenu à construire un premier prototype, dont voici la vidéo du premier test :
https://diode.zone/videos/watch/3e64e9b ... 7d6e14d61d

Image
Il reste encore quelques petits problèmes de fiabilité à régler, et aussi ce mécanisme est finalement moins optimisé que prévu, mais il assure sa fonction.
La complexification vient du fait qu'avec cette configuration pour pousser les billes sous le capteur, ce dernier n'a ni une course ni une force suffisantes pour presser correctement l'un ou l'autre des pneus contre le disque rotatif, ce qui a nécessité l'ajout d'une assistance motorisée (le bloc avec l'embrayage sur la roue Z20 bleue et les leviers verts).
Et j'ai déjà des idées de solutions alternatives + compactes pour la suite.

A suivre :
Thierry C.
(également Thierry-GearsManiac chez EuroBricks)

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ChrisBT
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Re: GBC Dé-bille-mètre

Message par ChrisBT »

Je ne comprend pas bien le système de comptage :humm:

ThierryC2020
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Re: GBC Dé-bille-mètre

Message par ThierryC2020 »

Il ne s'agit en fait pas d'un comptage des billes mais d'une mesure du pourcentage du débit maximum (ce débit maximum dépend en fait la vitesse du convoyeur mais cette dernière est censée être constante et un peu au-delà de 1 bille/s).
Autrement dit, c'est le rapport entre la durée pendant laquelle le capteur est activé (quand des billes lui passent dessous) et la durée pendant laquelle on considère la mesure.
Par exemple :
  • S'il y a tout le temps des billes alors l'aiguille ira se stabiliser vers 100% (tout en haut)
  • S'il n'y a jamais de billes alors l'aiguille ira se stabiliser vers 0% (tout en bas)
  • S'il y a en moyenne 1 bille pour 2 emplacements alors l'aiguille ira se stabiliser vers 50%, avec une oscillation résiduelle +- importante selon la répartition des billes cf explication ci-dessous
  • Avec 3 billes pour 4 emplacements, stabilisation de l'aiguille vers 75%
  • Etc...
L'oscillation résiduelle de l'aiguille dépend de la façon dont s'enchaînent les places pleines et vides sur le convoyeur. En reprenant notre exemple de 50% :
  • Si on a une parfaite alternance plein, vide, plein, vide... alors l'oscillation sera minimale
  • Si par contre on alterne entre 10 pleins et 10 vides alors l'oscillation sera plus importante
  • Si on alterne entre 100 pleins et 100 vides alors on ne pourra peut-être plus parler d'oscillation résiduelle de l'aiguille : elle a des chances de passer à 100% puis à 0%. Mais alors un débit moyen a-t-il encore du sens dans ce cas puisqu'on veut aussi que notre aiguille suive les changements de débit
  • Et ainsi de suite pour tout cas intermédiaire, enchaînement irrégulier...
Mon mécanisme est en fait un filtre passe-bas : il lisse alternances très rapides entre places occupées et libres (c'est-à-dire arrive à en faire une moyenne) mais doit refléter les variations de cette moyenne selon leur lenteur.
Il n'y a pas de limite franche en terme de rapidité/lenteur entre durée où on lisse et durée dont on laisse passer les variations ; c'est progressif avec la composante fréquentielle de l'enchaînement des pleins et des vides. On peut ajuster cette limite floue (qu'on appelle cependant fréquence de coupure dans le jargon des filtres), dans notre cas en changeant la vitesse de rotation du disque ou bien le rapport d'engrenages du chariot. Il faut juste faire un compromis :
  • En allant + vite, l'aiguille réagira rapidement aux changements de débit, mais oscillera davantage
  • En allant + lentement, l'aiguille oscillera moins mais mettra davantage de temps à refléter un changement
On peut expérimenter tous ces phénomènes à l'aide de la simulation animée, interactive du circuit électronique suivant (parce qu'il existe des analogies entre grandeurs mécaniques et électriques ; ici par exemple, courant et vitesse, tension et position).
Image
Le modèle est à télécharger ici :
http://www.mgtx.fr//LEGO/GBC/DeBilleMet ... cuitjs.txt
... puis il faut l'ouvrir dans le simulateur situé ici (libre service ; pas besoin de s'inscrire) :
http://www.falstad.com/circuit/

Le générateur de signaux en haut à gauche ne simulera que des enchaînements réguliers de passages de billes (un certain nombre de pleins suivi d'un certain nombre de vides). Une fréquence lente ou rapide représentera un nombre total d'emplacements respectivement élevé ou faible. Le rapport cyclique représentera le pourcentage d'emplacements pleins (qui seront consécutifs).
Les signaux de sortie et d'entrée s'affichent dans l'oscilloscope en bas (ne pas oublier de lancer la simulation si elle est arrêtée).

Si l'on veut que le filtre réagisse + rapidement alors il faut baisser la valeur de la résistance ou du condensateur, et inversement si on veut qu'il soit + lent.
Thierry C.
(également Thierry-GearsManiac chez EuroBricks)

ThierryC2020
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Re: GBC Dé-bille-mètre

Message par ThierryC2020 »

Complément de réponse : la partie mécanique importante est celle autour du disque rotatif. Il s'agit de la combinaison des mécanismes suivants :
  • un actionneur linéaire qui simule le condensateur : la vitesse d'actionnement du train d'engrenages (courant de charge ou décharge selon le sens) déplace la position de l'actionneur (charge ou décharge le condensateur = fait augmenter ou diminuer sa tension +- rapidement)
  • une CVT (Continuously Variable Transmission) qui simule l'effet de la résistance = rendre proportionnel le courant qui la traverse (vitesse du pneu "embrayé") en fonction de la tension à ses bornes (distance du pneu "embrayé" par rapport au centre du disque rotatif qui, lui, est entraîné à vitesse constante)
L'action concertée de ces deux mécanismes reproduit le comportement typique de charge/décharge d'un condensateur au travers d'une résistance, sous forme d'une suite d'exponentielles décroissantes, autrement dit, la vitesse est proportionnelle à la distance restant à parcourir, ou bien "+ on s'approche de l'état final, + on ralentit".
Ce comportement est indispensable. Sans cela, l'aiguille se calerait systématiquement à 100% ou 0% sans jamais arriver à se stabiliser au voisinage d'une position intermédiaire, selon que le débit de billes soit supérieur ou non à 50% (ou à un autre seuil, selon les rapports d'engrenages en jeu).
Thierry C.
(également Thierry-GearsManiac chez EuroBricks)

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Antoine ddp
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Re: GBC Dé-bille-mètre

Message par Antoine ddp »

Woaw !

Très impressionné par ce magnifique système !
J'ai visionné deux fois la vidéo avec beaucoup de précision, et j'ai compris ! youpi

C'est très ingénieux !
J'apprécie beaucoup le fait d'utiliser un plateau rotatif afin de faire varier, voire même stopper, la vitesse de variation de l'indicateur. pensee

Bravo ! :Yo:

ThierryC2020
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Re: GBC Dé-bille-mètre

Message par ThierryC2020 »

Merci.

Pour ce qui est de l'arrêt de l'aiguille, il n'est en fait censé se produire qu'à 0% ou à 100%, quand le pneu respectif (haut ou bas) en contact avec le disque rejoint le centre de ce dernier (note : j'ai volontairement laissé un trou de 1*1 au centre du disque pour éviter d'user les pneus mais finalement je ne sais pas si la bordure du trou ne les use pas davantage).

Par contre, l'arrêt de l'aiguille à mi-course (visible lors de mon test) est un bug mécanique, durant lequel aucun des 2 pneus ne s'appuyait sur le disque. C'est dû aux faiblesses de mon système de commutation motorisée.
Quand l'aurai modélisé cette 1ère version, je tenterai de simplifier le mécanisme en supprimant la commutation motorisée :
le levier qui détecte les billes entraînera la bascule du chariot de façon purement mécanique
==> il devra avoir une course et une force beaucoup plus importante
==> le transport des billes devra être adapté :
  • convoyeur à chaîne : espacer davantage les cavités capturant chacune une bille à la fois
  • autres idées de transports espaçant les billes : roue à aubes fendues, pistons à forte amplitude, bras basculants (soit à déclenchement systématique, soit conditionné à la présence d'une bille (merci Akiyuki))
Thierry C.
(également Thierry-GearsManiac chez EuroBricks)

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vinc
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Re: GBC Dé-bille-mètre

Message par vinc »

Salut Thierry,
Tu commences fort !
Je suis pas calé de ouf en elec, même si je sais à quoi sert une résistance et un condo (est accessoirement qu'un partie de mon cursus contenait des télécoms), mais dans un premier temps bravo d'avoir traduit du comportement elec en mécanique!

J'ai voulu regardé ta vidéo sans les explications, et voici les remarques que je me suis fait à la fin :
- hum, mais quand il arrive à 100%, sont truc continue à monter comme il a pas de butée, ha bah si je suppose que la roue ne doit plus toucher le disque et doit la faire débrayer
- du coup c'est pareil à 0% je présume que la roue débraye
- mais attend, la roue plus elle est au centre du disque, moins elle tourne vite donc une histoire de variation de vitesse en fonction de la position du chariot qui donne l'indicateur.

On est déjà dans de la mécanique pas évidente !

J'ai capté le principe de la CVT, j'avoue c'est la première fois que je la vois sous cette forme ;-)
J'ai aussi compris le principe que (admettons au dessus de 50%) plus tu montes plus tu descendras vite si la tendance s'inverse avec la différence de vitesse des roues ce qui te permet de lisser.
Le tout fonctionne bien et est assez compact, tu t'en sors très bien ! clapping

Comme tu le dis, ton système détection / embrayage est un peu "lourd" mais s'il est bien réactif.


Sacré MOC, bravo!

ThierryC2020
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Re: GBC Dé-bille-mètre

Message par ThierryC2020 »

Salut @vinc.

Merci pour les félicitations, et je vois que tu as compris l'essence de mon mécanisme.

Pour le comportement de mon mécanisme aux extrémités (0% et 100%), on ne devrait effectivement jamais forcer, du moins en théorie pure :
  • avant l'extrémité, on s'en rapprocherait toujours + lentement sans jamais l'atteindre
  • en plaçant manuellement le pneu en contact avec le centre du disque (si sans trou) alors le pneu serait à l'arrêt complet
  • en plaçant manuellement le pneu au-delà de sa position extrême, alors il évoluerait dans l'autre sens (par exemple, en-dessous de 0%, on remonterait vers 0% même avec le chariot basculé en "OFF").
Par contre, dans la pratique, j'ai l'impression que les bordures du trou au centre ont tendance à continuer d'entraîner aléatoirement le mouvement du chariot, mais + dans un sens que dans l'autre : sur cette vidéo (ou bien lors d'un autre essai), ça vient à un moment se coincer un peu au-delà de 100% : ça force sur le système pignons+crémaillères, de sorte à coincer le chariot en position "ON" (donc en empêchant qu'on puisse le re-basculer à "OFF" pour le faire redescendre).

J'aurai en tout cas encore une carte ultime à jouer afin de faire à la fois ultra-compact et sans les inconvénients de ce chariot à bascule : l'idée que je compte implanter sur le Ball Speedometer de Nico71 (ou un remake assez similaire)...
Thierry C.
(également Thierry-GearsManiac chez EuroBricks)

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