Chapitre 1 : MODELE CINEMATIQUE
 Ce modèle aura pour entrées, les angles de
rotation theta1 et theta3 ( è1 et
è3 ) des roues, et 
 ? ? ? 
 pour sorties, la position rG , la vitesse vG ,
l'accélération aG et l'orientation alpha du
robot. 
 
 1. Terminologie
 
 Symboles 
 
 | 
 Désignation 
 
 | 
   | 
 
   | 
  
 l13 
 
 | 
 
 distance entre roues 
 
 | 
  
 R 
 
 | 
 
 rayon des roues 
 
 | 
  
 G1 
 
 | 
 
 centre de roue 1 
 
 | 
  
 G2 
 
 | 
 
 centre de masse du châssis 
 
 | 
  
 G3 
 
 | 
 
 centre de roue 3 
 
 | 
  
 A 
 
 | 
 
 point médian entre roues, appartenant au
châssis 
 
 | 
  
 G 
 
 | 
 
 centre de masse du robot 
 
 | 
  
 I1 
 
 | 
 
 point de contact de la roue1 avec le sol 
 
 | 
  
 I3 
 
 | 
 
 point de contact de la roue3 avec le sol 
 
 | 
  
  ? ? ? ? 
 = 1 . 1 + 1 . 1 + 1 . 1 
  rG rG x x rG y y rG z z 
 1 
 
 | 
 
 Vecteur position de la roue 1 
 
 | 
  
  ? ? ? ? 
  rG rG x x rG y y rG z z 
 2 = 2 . 1 + 2 . 1 + 2 . 1 
 
 | 
 
 Vecteur position du châssis 
 
 | 
  
  ? ? ? ? 
  rG rG x x rG y y rG z z 
 3 = 3 . 1 + 3 . 1 + 3 . 1 
 
 | 
 
 Vecteur position de la roue 3 
 
 | 
  
  ? ? ? ? 
 = 1 . 1 + 1 . 1 + 1 . 1 
  vG vG x x vG y y vG z z 
 1 
 
 | 
 
 Vecteur vitesse de G1 
 
 | 
  
  ? ? ? ? 
 = 2 . 1 + 2 . 1 + 2 . 1 
  vG vG x x vG y y vG z z 
 2 
 
 | 
 
 Vecteur vitesse de G2 
 
 | 
  
  ? ? ? ? 
 = 3 . 1 + 3 . 1 + 3 . 1 
  vG vG x x vG y y vG z z 
 3 
 
 | 
 
 Vecteur vitesse de G3 
 
 | 
  
 ? ? ? 
 ù1 , ù2
et ù3 
 
 | 
 
 Vitesses angulaires respectivement de la roue 1,
du châssis et de la roue 3 dans la base d'étude. 
 
 | 
  
  ? ? ? ? 
 = 1 . 1 + 1 . 1 + 1 . 1 
  aG a G x x aG y y aG z z 
 1 
 
 | 
 
 Vecteur accélération de G1 
 
 | 
   | 
 
  
   
 
 
  ? ? ? ? 
 = 2 . 1 + 2 . 1 + 2 . 1 
  aG aG x x aG y y aG z z 
 2 
 
 | 
 Vecteur accélération de G2 
 
 | 
  
  ? ? ? ? 
 = 3 . 1 + 3 . 1 + 3 . 1 
  aG aG x x aG y y aG z z 
 3 
 
 | 
 
 Vecteur accélération de G3 
 
 | 
   | 
 
  
  
 Tableau 1 : Terminologie du modèle
cinématique 
 
 2. Description des différents mouvements 
 ? ? ? 
 La base d'étude est la base (x, y, z) ayant
1x , 1y et 1z comme vecteurs de 
 base. Cette base est liée au sol. Nous la
considérerons donc comme galiléen à condition
de substituer à la force de gravitation la notion de poids et
d'exclure les mouvements très précis (la 
 ? ? 
 déviation vers l'est) ou très rapides. [2.4]. Au
robot est lié la base (x1, y1 et z1) ayant 1x1 ,
1y1 et 
 ? 
 1 z1 comme vecteurs de base. La relation entre les deux
bases est définie par les expressions : 
 ? ? ? 
 1 x 1 = cosá .1
x+siná.1 y (1) 
 ? ? ? 
 1 y 1 = - siná .1
x+cosá.1 y (2) 
 ? ? 
 1 z 1 = 1z (3) 
 Les différents mouvements sont : 
·  Roue 1 par rapport au châssis : rotation d'angle
theta1 autour de l'axe y1 (figure 1). 
·  Roue 3 par rapport au châssis : rotation d'angle
theta3 autour de l'axe y1. 
·  Châssis par rapport au référentiel
d'étude : mouvement quelconque dans le plan xoy c.à.d. rotation
d'angle alpha autour de l'axe z et translation suivant les axes x et y. 
  3.  Etablissement du modèle
cinématique Pour un roulement sans glissement, on a :
(figure 2) 
   
 ? ? 
 vG 1 = R.è& 1
. 1 x 1 (4) 
   
 x 
 z 
 G1 
 è 
 dè 
 G1' 
Figure 2 : Déplacement infinitésimal
d'une roue 
 Dans la base fixe, la vitesse de G1 sera donnée par :
(figure 3) 
  ? ? ? 
 vG = R è& 
  1 . 1 .(cos . 1 sin . 1 ) 
 á x + á y (5) 
 De même, pour la roue 3 : 
  ? ? ? 
 vG = R è& 
  3 . 3 .(cos . 1 sin . 1 ) 
   
   
 y 
 á 
 G1 
 á 
 x 
 ? 
 vG1 
á x + á y (6) 
  
  
 
 
  
Figure 3 : Roue1 suivant une orientation
á 
 ? 
 Vu la non-linéarité du problème
(á est variable avec le temps), la position rG du
robot sera trouvée par intégration numérique. 
 ? ? 
 rG ? vG dt 
 1 = 1 (7) 
 Et : 
 ? ? 
 rG ? vG dt 
 3 = 3 (8) 
 Pour un solide indéformable, la connaissance du
mouvement d'un point quelconque suffit pour décrire complètement
le comportement cinématique de tout le solide. [2.3]. Donc le mouvement
du point médian A est identique à celui du centre de masse G2 du
châssis et à celui du centre de masse G de tout le robot. 
 De (7) et (8), on a : 
 ? ? 
 ? rG rG 
 1 + 3  
 rG = (9) 
 2 
 L'orientation du robot sera donnée par : (figure 4) 
   
   
 (10) 
 rG x 
1 
 - rG x 
 3 
 y 
 rG y rG 
 - 
 3 1 
DG1 
  = 
   
 DG3 
 ? rG x rG x 
 - ? 
 1 3  
 á arctan 
 = ? ? (11) 
 ? rG y rG y 
 - 
 3 1 ? 
  Modélisation et simulation d'un robot mobile
sur roues avec le logiciel - 9 - 
 MATLAB/SIMULINK 
   
   
 G3 
 x1 
 y 
 á 
 á 
 A 
 G1 
 D 
 x 
Figure 4 : Robot suivant une orientation
 á 
 La vitesse et l'accélération du robot seront : 
  ? R ? ? 
 vG = ( è & è
& 
 + ).(cos . 1 sin . 1 ) 
 á x + á y (12) 
  2 1 3 
 ? 
  
  
 dvG 
 dt 
 (13) 
? 
 aG 
  
 
 |