Ipeit Ex1 2012

Institut Prparatoire
aux tudes dIngnieurs

de Tunis
EXAMEN N1
N1
Sciences et Techniques de lIngnieur
(Dossier technique)
DATE : 14 / 12 / 2012
SM et SP
DURE : 3 heurs
FAUTEUIL ROULANT
POUR HANDICAPE
Description du systme :
Le fauteuil roulant reprsent sur la figure 1 permet aux handicaps de se dplacer librement lintrieur
et lextrieur des locaux sans aucune assistance. Ce fauteuil fonctionne en deux modes : motoris et
manuel.
Pour le mode motoris, lhandicap dispose dune manette permettant de commander aisment :
- le dplacement du fauteuil en avant ou en arrire une vitesse rglable de 0 6 Km/h ;
- le braquage droite ou gauche du fauteuil facilitant ainsi les manuvres difficiles lintrieur
des locaux mme quand la vitesse de dplacement est nulle ;
- la monte et la descente du sige (assise+dossier) une altitude variable avec un dplacement
latral afin de donner lhandicap une autonomie pour se dplacer du sige vers son lit et vis
versa.
La motorisation de ce fauteuil est assure par 3 moteurs courant continu (M1, M2, M3) :
- Les motorducteurs freins M1 et M2 commandent respectivement les deux roues arrires droite et
gauche (les deux roues avants sont des roues suiveuses) ;
- Le motorducteur M3 permet de commander un systme de levier articul pour assurer le
dplacement vertical et latral du sige la hauteur voulue.
Lalimentation des trois moteurs est assure par une batterie de 24V rechargeable, donnant ainsi une
autonomie de 23 Km environ.
Manette de commande
Sige du fauteuil
Moteurs M1 et M2
Roue arrire droite
Batterie
Pose pieds
Roues avant suiveuses

Moteur M3
Figure1 : Vue gnrale du fauteuil roulant
Dossier technique
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Mcanisme dlvation du sige du fauteuil :

Dans cette partie, on sintresse ltude mcanique du systme de levage du sige du fauteuil roulant. La
figure 2 reprsente le schma cinmatique du systme considr dans cette tude.
r r r
Ce systme est en mouvement par rapport un repre R (B , x , y , z ) galilen orthonorm direct li au
Chssis (S0). Les diffrents solides qui constituent ce systme sont les suivants :
r
- un arbre (S1) dont laxe ( A , x ) est un axe de symtrie matriel.
r
- un coulisseau (S2) en liaison hlicodale daxe ( A , x ) avec (S1). La rotation de larbre (S1) par rapport
(S2) est dfinie par le paramtre cinmatique . Le pas de lhlice de la liaison hlicodale est not Pa.
r r r
- un bras (S3) modlis par une tige homogne et R 3 (E , x 3 , y 3 , z ) est un repre orthonorm direct li
r r
ce solide (S3). On donne : = ( x , x 3 ) .
r r r
- un bras (S4) identique (S3) et R 4 (F , x 4 , y 4 , z ) est un repre orthonorm direct li ce solide (S4).
On donne :
r
r
r r
r
= (x , x 4 ) =
, AE = BF = a y , ED = l x 3 , FD = l y 4 , a et l sont des constantes.
2
r
- un support de sige (S5) dont la position est toujours horizontale (parallle laxe ( A , x ) ).
r
- un coulisseau (S6) modlis par une tige de longueur b. On donne HK = b y , b est une constante.
Dans cette tude nous supposons que toutes les liaisons sont parfaites.
r
y4
S5
r
x3
K
S6
r
y3
S3
r
y
r
y
S4
S3
S1
r
x4
S4
S0
r
x
r
z
S2
S0
Figure 2 : Schma cinmatique du Mcanisme dlvation du sige du fauteuil
Commande du mcanisme dlvation du sige du fauteuil:

On sintresse dans cette partie la commande du mcanisme dlvation du sige fauteuil. Ce
systme est constitu :
- d'un moteur courant continu (M3),
- dun systme vis-crou,
- de leviers articuls.
Le dplacement vertical du sige une hauteur voulue est assur par le moteur M3 qui actionne un
systme de transformation de mouvement form par le systme vis-crou et le systme de leviers.
Dans le but dassurer un confort pour lutilisateur du fauteuil, un dispositif de commande
permettant le rglage automatique de la position verticale du sige est prvu. Ce dispositif peut tre
reprsent par le schma fonctionnel suivant :
Dossier technique
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Vd (t )
(t )
u (t )
vm (t )
Amplificateur
de puissance
(t )
G(p)
Pa/2
Systme
vis-crou
Moteur
d (t )
kz
z (t )
Systme de
leviers
km
Capteur
Figure 3 : Schma fonctionnel du systme de commande

Avec :
- Vd(t) : est une tension qui reprsente limage de la hauteur du sige dsire (consigne),
- z(t) : dsigne la position verticale courante du sige (hauteur),
- vm(t) : est la tension image de la hauteur z(t) du sige, dlivr par le capteur de position :
vm(t) = km z(t), km tant le gain du capteur
- A : est le gain de lamplificateur de puissance (A>0),
- G(p) : est la fonction de transfert du moteur,
- Pa : est le pas de la vis.
Le dplacement de lcrou du systme vis-crou est not d(t).
La transformation du dplacement d(t) de lcrou en un dplacement vertical z(t) du sige est suppos
linaire, donne par :
z(t)= kz d(t)
o kz est une constante.
Le signal derreur : (t)=vd(t)-vm(t) est amplifi par lamplificateur de puissance en vue dalimenter le
moteur M3 qui est command par linduit sous la tension u(t).
Un modle mathmatique simplifi de ce moteur courant continue (fonctionnant flux constant)
peut tre donn par les quations lectriques et mcanique suivantes :
di (t )
u (t ) = l
+ r i (t ) + e(t )
dt
e(t ) = k (t )
d(t )
+ b (t )
dt
Cm (t ) = ki i (t )
Cm (t ) = J
avec :
u(t) : tension dalimentation du moteur,
i(t) : courant parcourant linduit du moteur,
l : inductance de linduit
r : rsistance de linduit,
e(t) : force contre lectromotrice,
k: coefficient de force contre-lectromotrice,
J : inertie totale de la charge tournante,
b : frottement visqueux,
Cm : couple moteur,
ki : coefficient du couple,
(t) : angle de rotation de larbre du moteur,
d (t )
(t ) : vitesse angulaire du moteur
(t ) =
dt
Dossier technique
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Figure1 : Vue gnrale du fauteuil roulant

Mcanisme dlvation du sige du fauteuil :

Figure 2 : Schma cinmatique du Mcanisme dlvation du sige du fauteuil

Commande du mcanisme dlvation du sige du fauteuil:

Figure 3 : Schma fonctionnel du systme de commande

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