Séquence 2 : Hémomixer
Travail préparatoire
Il n'y aura pas de travail préparatoire pour cette séquence.
Environnement nécessaire pour le déroulement de la séquence
Matériel nécéssaire pour le système
Vous devez avoir à disposition au moins une masse de 500g.
Présentation du système
Domaine du commanditaire
L’Hémo-Mixer est un système issu du milieu médical. Il est utilisé pendant la phase de prélèvement de sang lors des collectes mobiles de don de sang. Durant le prélèvement, il permet d'agiter en continu une poche de sang pour mélanger le sang prélevé au produit anticoagulant déjà présent dans la poche. Le prélèvement s'arrête automatiquement lorsque la quantité de sang demandée est atteinte.
La présentation plus complète du contexte de d’utilisation de l’Hémo-Mixer est disponible dans l’Environnement Multimédia Pédagogique, rubrique « LE CONTEXTE ».
Pour réaliser un prélèvement de sang, cet automate fait appel à deux fonctions principales :
- Un dispositif de pesage et d’agitation du prélèvement avec capteur à jauges de contraintes embarqué (pesage dynamique) ;
- Un dispositif de clampage de la tubulure avec système anti-coincement et détection de positions.
Les deux dispositifs sont pilotés par une carte à microcontrôleur (fonctionnement séquentiel).
Domaine du laboratoire
Le système pédagogique est issu de l’automate de prélèvement sanguin Hémo-Mixer conçu et réalisé par la société Hemopharm dont une partie des activités a été reprise par la société Macopharma.
L’automate pédagogique reprend en tous points la partie mécatronique des deux fonctions principales (composants identiques à la version réelle).
Les deux dispositifs ne sont plus pilotés par une carte à microcontrôleur mais par une interface de pilotage et acquisition fonctionnant sur PC (liaison avec l’automate par câble USB).
Cette architecture permet également d’acquérir l’ensemble des grandeurs physiques lors d’un cycle complet grâce à une carte d’acquisition National Instruments implantée dans l’automate.
Enfin, un pupitre de mesure muni de douilles de test et de connecteurs de type BNC permet des mesures à l’aide d’équipements de laboratoires.
Tout comme le produit réel d'Hemopharm, l’automate de prélèvement pédagogique Didastel Provence permet de réaliser un cycle complet de prélèvement avec les mêmes performances.
Problématique
L'Hémomixer est conçu pour agiter en continu une poche de sang pour mélanger le sang prélevé au produit anti-coagulant durant le prélèvement. Le basculement de la poche de sang doit se faire sur une certaine amplitude à une certaine fréquence. Il faut mélanger sans secouer.
Démarche de l'ingénieur
Rôle de chacun des membres de l'équipe
Mission spécifique du groupe expérimentateur
Le groupe expérimentateur doit mettre en oeuvre les compétences suivantes :
Mettre en oeuvre un système
Proposer et justifier un protocole expérimental
Mettre en oeuvre un protocole expérimentalMission spécifique du groupe modélisateur
Le groupe modélisateur doit mettre en oeuvre les compétences suivantes :
Proposer un modèle de connaissance et de comportement
Proposer une démarche de résolution
Mettre en oeuvre une démarche de résolution analytique
Mettre en oeuvre une démarche de résolution numériqueMission spécifique au groupe projet
Cela est l’occasion pour que le groupe expérimentateur et le groupe modélisateur confrontent leurs résultats et en tire les conclusions nécessaires sur la démarche de l’ingénieur.
Les groupes projet doivent mettre en oeuvre les compétences suivantes :
Analyser les performances et les écarts
Choisir les grandeurs physiques et les caractériser
Produire et échanger de l’informationOrganisation
Modélisation
Modélisation du système par un schéma cinématique minimal
L'objectif est de réaliser le schéma cinématique minimal de la transformation de mouvement étudiée (revoir problématique en retournant en arrière de 3 pages).
Pour cela, nous vous mettons à disposition :
- le système réel lui-même
- la maquette numérique pour voir l'inaccessible
- le document technique
Pour l'utilisation de la maquette numérique, il est impératif de dézipper le fichier téléchargé et d'ouvrir l'assemblage principal dans le dossier décompréssé.
A partir du système réel, du modèle numérique et de la documentation de la technique fournie, réaliser le schéma cinématique.
Paramétrer votre schéma cinématique.
Par l’approche de votre choix (cinématique ou dynamique), déterminer le degré d’hyperstatisme de votre modèle dans l'espace.
Si votre modèle est hyperstatique, proposer un nouveau modèle isostatique.
Étude cinématique
Recherche de la loi entrée sortie
Nous vous incitons sans obligation à utiliser ce schéma cinématique paramétré pour la suite du TP.
Cliquer sur l'image pour l'aggrandir.
A partir de votre schéma cinématique, déterminer une relation liant le paramètre géométrique d’entrée au paramètre géométrique de sortie du système de transformation de mouvement.
La relation obtenue doit être du type \( loi(entree, sortie, ... ) = 0\).
A l’aide d’un script python, tracer la courbe issue du modèle analytique.
Pour cela, je vous impose de résoudre numériquement la relation obtenue du type \( loi(entree, sortie, ... ) = 0 \).
A partir du modèle du simulateur de comportement Méca3D, déterminer une courbe liant le paramètre géométrique d’entrée au paramètre géométrique de sortie du système de transformation de mouvement.
A l’aide d’un script python, tracer la courbe issue du modèle numérique.
Réaliser toutes les expériences nécessaires permettant de déterminer une courbe liant le paramètre géométrique d’entrée au paramètre géométrique de sortie du système de transformation de mouvement.
Vous prendrez soin d’identifier les capteurs utilisés lors de l’acquisition.
A l’aide d’un script python, tracer un nuage de points pour les valeurs expérimentales.
A l’aide des scripts python, superposer les 3 courbes.
Que pouvez vous conclure à partir de ces courbes ?
Étude statique
On échange maintenant les rôles !
- les expérimentateurs deviennent les modélisateurs.
- les modélisateurs deviennent les expérimentateurs.
On cherche maintenant à faire une étude statique du système de transformation de mouvement.
Afin de vous y aider, nous vous proposons un fichier python permettant d'avoir dans chaque position du modèle du schéma cinématique proposé
de connaître les valeurs de toutes les paramètres géométriques variants.
Il sera nécessaire de créer volontairement une action mécanique résistante. Pour cela, vous utiliserez le mécanisme ainsi :
Recherche des Actions mécaniques transmises par le système
A partir de votre schéma cinématique,
- déterminer le couple moteur entrainant le mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
ou bien
- déterminer une relation entre le rapport du couple du moteur entrainant le mécanisme sur l’Action Mécanique disponible en sortie de mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
Il vous appartient de faire le choix le plus pertinent.
A partir du modèle du simulateur de comportement Méca3D,
- déterminer une courbe du couple moteur entrainant le mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
ou bien
- déterminer une courbe entre le rapport du couple du moteur entrainant le mécanisme sur l’Action Mécanique disponible en sortie de mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
Il vous appartient de faire le choix le plus pertinent.
Réaliser toutes les expériences nécessaires permettant de
- tracer une courbe du couple moteur entrainant le mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
ou bien
- tracer une courbe entre le rapport du couple du moteur entrainant le mécanisme sur l’Action Mécanique disponible en sortie de mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
Il vous appartient de faire le choix le plus pertinent.
Vous prendrez soin d’identifier les capteurs utilisés lors de l’acquisition.
A l’aide des scripts python, superposer les 3 courbes.
Que pouvez vous conclure à partir de ces courbes ?