3. Architecture Électronique, Câblage et Gestion de Puissance (Le Système Physique)
Cette partie décrit l’architecture matérielle électrique, la distribution des signaux de commande depuis le microcontrôleur Arduino Uno / CNC Shield, et la résolution des problématiques de puissance pour les actionneurs pneumatiques et mécaniques.
3.1 Gestion et Calibrage de l’Axe Horizontal (Axes X et Y)
Le déplacement horizontal synchrone repose sur un couplage de deux moteurs pas-à-pas configurés en mode Maître/Esclave.
- Cinématique : Le moteur situé à gauche agit comme le moteur principal (Maître) ; c’est lui qui initie et entraîne mécaniquement le mouvement du moteur situé à droite (Esclave).
- Raccordement Pilotes (Drivers) : Chaque moteur est piloté individuellement via un driver dédié (A4988 ou DRV8825) inséré sur le CNC Shield.
- Brochage Arduino/Shield : * Le moteur de gauche (Maître) est connecté aux broches de l’axe Y.
- Le moteur de droite (Esclave) est connecté aux broches de l’axe X.
3.2 Gestion et Calibrage de l’Axe Vertical (Axe Z)
La translation verticale permettant l’approche et la plongée de l’équipage mobile est gérée par un moteur pas-à-pas indépendant.
- Cinématique : Il déplace verticalement le compartiment supérieur supportant l’effecteur.
- Raccordement : Le moteur est relié à son driver dédié, directement interfacé avec les broches de l’axe Z de la carte de commande Arduino.
3.3 Sécurité Matérielle : Boîtier d’Arrêt d’Urgence (Coupure Directe)
Le système intègre un protocole de sécurité à déclenchement matériel pur.
- Principe Électrique : Le bouton “coup de poing” d’arrêt d’urgence est câblé en série directement sur la ligne d’alimentation principale 12V qui alimente la puissance de la carte de commande.
- Avantage Sécurité : Cette configuration coupe instantanément l’énergie mécanique par rupture de ligne. Elle est 100 % matérielle et ne nécessite aucun code ni programmation Arduino pour fonctionner, éliminant tout risque de défaillance logicielle (freeze du script).
3.4 Calibration des Capteurs Fins de Course (Endstops)
Afin de sécuriser la structure contre les collisions et de permettre le calage de l’origine machine (Homing), le montage utilise deux capteurs électromécaniques (butées).
- Configuration des Axes :
- Capteur Bas : Positionné pour intercepter et stopper la course du gantry horizontal (liant les moteurs gauche et droit).
- Capteur Haut : Positionné pour intercepter et stopper la course verticale du moteur de l’axe Z.
- Brochage d’un Capteur (3 Broches) :
VCC: Alimentation logique (5V).GND: Masse commune, reliée directement au pôle GND de l’Arduino.SIGNAL: Relié à une broche d’entrée numérique (PIN) au choix sur le CNC Shield (ex:X-Minus/Y-Minus).
3.5 Actionnement de l’Effecteur Terminal (Pignon-Crémaillère)
La manipulation fine et l’orientation des pièces d’assemblage font intervenir deux servomoteurs distincts configurés pour les mouvements de translation et de rotation :
- Translation (Axe Z secondaire) : Gère la descente fine de la tête.
- Rotation (Axe R / $\theta$) : Assure la correction angulaire de la pièce avant dépose.
- Connexion : Ils sont branchés directement sur les sorties PWM dédiées (généralement associées aux broches de commande des servomoteurs du CNC Shield).
3.6 Isolation de Puissance Pneumatique (Pompe, Électrovanne & Module MOSFET)
L’étape de saisie active par dépression a nécessité la résolution d’un conflit de tension entre la logique de commande et la puissance des actionneurs.
- Problématique Initiale : Le signal logique délivré par l’Arduino est limité à 5V, ce qui était insuffisant pour alimenter simultanément la mini-pompe à vide et l’électrovanne, ces deux composants nécessitant une alimentation stable et puissante en 12V.
- Solution Technique : Intégration d’une carte d’interface de puissance à transistor MOSFET, imprimée et gravée en suivant le schéma technique de référence fourni par l’enseignant. Ce module fait office de relais statique électronique.
- Logique de Fonctionnement et Câblage :
- Côté Commande (Basse Puissance) : L’Arduino envoie un signal logique 5V (état
HIGH) sur la grille (Gate) du MOSFET. - Côté Puissance (Haute Puissance) : Le MOSFET commute et ferme le circuit de puissance 12V, délivrant l’ampérage nécessaire pour activer de concert la pompe (aspiration) et l’électrovanne (maintien/décharge).
- Côté Commande (Basse Puissance) : L’Arduino envoie un signal logique 5V (état
| Actionneur Pneumatique | Tension requise | Rôle Système | Commande Logicielle |
|---|---|---|---|
| Mini-Pompe à Vide | 12 V | Génération de la dépression (Saisie) | Signal numérique via MOSFET |
| Électrovanne 3 voies | 12 V | Cassage du vide (Relâchement instantané) | Signal inversé/coordonné |
(Note : Pour le compte-rendu final sur votre site GitHub Pages, vous pourrez insérer ci-dessous le schéma de câblage réel ou la photo de votre carte MOSFET afin d’illustrer la correspondance exacte des borniers d’alimentation V+ / V- de la pompe et de la vanne).