Exercice Sous-partie 1 - Énergie et autonomie · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 1 remplacement 2024

Partie 1 - Sciences de l’ingénieur

Robot logistique intelligent

Le robot Boby (figure 1) est un robot logistique intelligent, autonome et piloté en WiFi. Il soulève et transporte des étagères de produits, de leur emplacement de stockage vers des stations de préparation de commandes.

Le pilotage des robots est optimisé et permet:

une centralisation du pilotage d’une flotte de robots;

une optimisation des trajets des robots grâce à des algorithmes dédiés;

une répartition de leurs missions en temps réel.

Les robots s’orientent dans l’entrepôt grâce à un lecteur optique et à une bande de guidage collée au sol (figure 2). Sans ancrage au sol, la bande de guidage est facile à poser et à remplacer donnant ainsi une grande flexibilité au système. Les extensions et déménagements dans l’entrepôt deviennent faciles et rapides: il suffit de décoller et recoller des bandes de guidage dans les zones appropriées.

Un cycle type de déplacement d’un robot peut se résumer en cinq étapes:

le robot soulève l’étagère;

le robot se déplace jusqu’à la station de préparation;

le robot stationne quelques secondes face à la station de préparation;

le robot ramène l’étagère à son emplacement de départ;

le robot dépose l’étagère.

En cas d’inactivité prolongée ou d’un niveau critique de décharge de la batterie, le robot se déplace jusqu’à la station de recharge et s’y connecte automatiquement. L’algorithme de charge intelligent adapte la mise en charge en fonction des missions. La capacité de rechargement autonome sur borne dédiée garantit une continuité de la chaîne logistique 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.

Sous-partie 1

Autonomie du robot lors d’un parcours

L’objectif de cette sous-partie est de vérifier les exigences d’autonomie indiquées par le constructeur lors de l’utilisation du robot sur un parcours dans l’entrepôt.

L’entrepôt comporte 8 stations de préparation de colis, chacune occupée par un opérateur. La flotte de l’entrepôt de logistique étudié est de 40 robots.

Les robots communiquent directement, via une liaison sans fil WiFi, avec le système Scallog qui centralise le pilotage des robots et optimise le déplacement de la flotte.

L’activité de préparation pour chaque opérateur génère, en moyenne, 100 km de déplacements cumulés dans une journée.

Dans l’entrepôt étudié, un robot effectue en moyenne 180 cycles par jour.

Le diagramme de définition de blocs du robot est donné en figure 3. Le robot est équipé de deux roues motrices et de roues folles à l’avant et l’arrière qui lui permettent de pivoter à 90° sur la bande de guidage quadrillant le sol.

Les mouvements du robot sont contrôlés par deux motoréducteurs constitués d’un moteur à courant continu, d’un réducteur et d’un codeur.

La suite de l’étude est menée dans les conditions suivantes: le robot déplace l’étagère avec une vitesse $V_{\text{moy}} = 1{,}2\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$ et les moteurs de déplacement fonctionnent à 25 % de leur puissance nominale.

Question 1.1

Déterminer la distance cumulée totale parcourue par l'ensemble de la flotte de robots en une journée. Montrer que la distance moyenne parcourue par un robot lors d'un cycle type de déplacement est de 111 m.

Question 1.2

La vitesse moyenne de déplacement d'un robot avec chargement est $V_{\text{moy}} = 1{,}2\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$.

Calculer la durée moyenne, en seconde, de déplacement dans un cycle type.

Question 1.4

Pendant un cycle type de 90 s, les moteurs de déplacement sont alimentés sous tension nominale et consomment un courant de 10 A.

À partir du diagramme figure 3, déterminer la puissance électrique consommée par chaque moteur de déplacement. En déduire la quantité totale d'énergie électrique en $\text{W}\cdot\text{h}$ consommée par les deux moteurs de déplacement lors d'un cycle type.

Question 1.5

Le vérin est alimenté en 24 V. Ce vérin permet de soulever l'étagère à une hauteur de 100 mm. L'accélération de la pesanteur est notée $g = 9{,}81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}$.

À l'aide de la figure 4, pour une étagère de masse 600 kg, relever la vitesse de sortie possible du vérin $v_{\text{vérin}}$ en $\text{mm}\cdot\text{s}^{-1}$ et le courant consommé $I_{\text{vérin}}$ en A. En déduire le temps mis pour soulever l'étagère de 100 mm. Calculer l'énergie électrique nécessaire en $\text{W}\cdot\text{h}$ pour soulever une étagère (un cycle).

Question 1.6

Pour la suite de l'étude, les consommations des moteurs de chaque roue, du vérin électrique et de l'électronique embarquée sont prises en compte. Quels que soient les résultats trouvés précédemment, les consommations pour un cycle sont:

- $E_m = 6\text{ W}\cdot\text{h}$ pour un des deux moteurs de déplacement;

- $E_{vm} = 1\text{ W}\cdot\text{h}$ pour le vérin électrique de levage à la montée;

- $E_{vd} = 0{,}5\text{ W}\cdot\text{h}$ pour le vérin électrique de levage à la descente;

- $E_{em} = 0{,}5\text{ W}\cdot\text{h}$ pour l'électronique embarquée.

Déterminer la quantité d'énergie électrique en $\text{W}\cdot\text{h}$ globale consommée par le robot lors d'un cycle type complet.

Question 1.7

À l'aide du diagramme figure 3, calculer le nombre de cycles que peut effectuer un robot avec une charge complète de sa batterie.

Conclure sur la capacité du robot à effectuer le nombre de cycles nécessaires à la productivité demandée pour l'entrepôt étudié.

cycles