Concepts

Mouvement

• 1^re loi de Newton: un objet conservera son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme dans lequel il se trouve, tant qu’aucune force externe ne soit appliquée sur l’objet.
• 2^e loi de Newton: le total des forces appliquées à un objet égale sa masse fois son accélération.
• 3^e loi de Newton: quand un objet exerce une force sur un autre objet, ce dernier exerce une force égale et opposée au premier.

Une force est donc nécessaire pour briser l’inertie d’un robot (arrêté ou déjà en mouvement). Une force constante crée une accélération.
Dans un contexte de frottement ou de friction, une force appliquée minimale est requise pour garder le robot en mouvement. Quand un robot doit avancer, ses roues doivent produire une force (supérieure au frottement) sur le tapis, et c’est l’action du tapis sur le robot qui le fait avancer!  

Dans une machine simple, la comparaison (rapport) entre la force résistante (souvent la charge) et la force motrice est l’avantage mécanique (ou gain mécanique). On distingue l’avantage mécanique théorique et réel, qui lui tient compte du frottement dans le système.

Conservation de l’énergie Dans un système fermé, l’énergie totale est constante. Une partie de l’énergie peut se transformer (ex.: énergie électrique devient énergie mécanique qui devient énergie cinétique) ou se dégrader sous forme d’énergie thermique (et sonore, etc.) qui n’est plus utile au système. Un mécanisme efficace réduit la dégradation de l’énergie à cause du frottement. Les sources d’énergie usuelles dans un robot sont:

• électro-chimique (l’énergie de la batterie)
• potentielle par déformation (énergie stockée dans un ressort déformé, ou dans l’air comprimé en pneumatique)
• gravitationnelle (poids d’un composant à une certaine hauteur)

La plupart des éléments actifs d’un robot transforment l’énergie pour faire un travail utile. Parfois cette dépense d’énergie ne produit pas un travail qu’on peut observer directement (e.g. système de contrôle). Mais une grande partie de l’énergie sert à mettre en mouvement un mécanisme ou le robot lui-même. La puissance mesure la variation d’énergie (le travail) sur un temps donné.

Dans tous les sous-systèmes, le frottement mécanique, même contrôlé, causera une perte d’énergie sous forme thermique. Le rendement, une mesure de l’efficacité d’une machine, est le ratio (%) de l’énergie transférée (travail utile) sur l’énergie initialement produite (travail fourni).