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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU FACULTE DU GENIE ELECTRIQUE ET D’INFORMATIQUE DEPARTEMENT D’AUTOMATIQUE Mémoire de Fin d’Etudes De MASTER ACADEMIQUE Domaine : Sciences et Technologies Filière : Génie électrique Spécialité : commande des systèmes Présenté par : Nassima NAIT CHABANE. Nadia MOUSSAOUI. Mémoire dirigé par M. Rabah MELLAH. Thème CONCEPTION ET REALISATION D’UN ROBOT MOBILE. Mémoire soutenu publiquement le 15/09/ 2015 Devant le jury composé de : M. Said GUERMAH MCA, UMMTO, President M. Rabah MELLAH MCA, UMMTO, promoteur M. Smail DJIOUA ING, Co-promoteur M. Ahmed MAIDI MCA, UMMTO, Examinateur M. Ahmed DAOUI MCA, UMMTO, Examinateur Le travail a été réalisé au sein du labo-DZ de TIZI OUZOU. Remerciements Nous tenons à remercier notre Dieu, le tout puissant, de nous avoir donné la santé et la volonté pour compléter ce modeste travail. Nous tenons à remercier notre promoteur, monsieur MELLAH. R, pour sa disponibilité et son soutient tout au long de l’élaboration de ce mémoire. Nos remerciements s'adressent également au co-promoteur, monsieur DJIOUA.S, de nous avoir dirigés et soutenus durant la réalisation de ce travail. Nos profondes gratitudes, s'adressent au monsieur GUERMAH.S, qui a accepté de présider ce jury. Nos profondes gratitudes aux membres du jury qui ont l’honneur d’évaluer ce travail de fin d’études. Tous nos infinis remerciements vont à tous les enseignants qui ont contribué à notre formation durant notre cursus universitaire en particulier, le chef de département. Nos remerciements les plus chaleureux vont à nos chers parents pour leurs encouragements, leur patience, et leur grand soutien durant toutes ces années d’études. Enfin, nous remercions tous ceux qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce mémoire. Je dédie ce mémoire à : La mémoire de mes grands pères. Mes grands-mères. Longue vie MES CHERS PARENTS QUI REPR2SENTENT MA VIE, MON BONHEUR Mon cher frère KARIM et sa femme NASSIMA my HANIN, my BILA, my THIZILETTE Toute ma famille cousins et cousines Ma binôme NASSIMA et sa famille Tous mes amis(es), en particulier ma sœur RAZY AMAR et HOCINE NOR, MOH, AMAR, my LILICHE ayathma LYLY, LINDA, KAHIN, TINA, MOSTAFA, MOH, ALAWA,CICY, DOUDOU, YASMINE and MARY. Toute ma section, département Automatique en particulier Mes enseignants tous cycles confondus. Nadia Je dédie ce mémoire à : La mémoire de ma grand-mère paternelle Ma grand-mère maternelle Mes chers parents, Mon cher frère MAHMOUD et sa femme SOURAYA et leurs enfants: ALDJA, MIMA et YANIS Mon cher frère GHANI et sa femme NAIMA et leurs fille DACINE Mes chers frères MEROUANE et NADIR Mes chères sœurs KATIA et KARIMA Toute ma famille Ma binôme Nadia et sa famille Tous mes amis(es) et mes camarades et toute la section automatique 2015. NASSIMA Liste des figures Figure I.1 : Architecture d’un Robot. Figure I.2 : Le rover Curiosity de la NASA. Figure II .1:Interaction entre le robot et l'environnement. Figure II.2 :Etapes de traitement automatique. Figure II.3 :Décomposition d’un robot mobile autonome. Figure II.4 : Processus de navigation autonome. Figure II.5 :Modélisation du robot dans le repère absolu. FigureII.6 :Robot mobile type unicycle. FigureII.7 :Modèle cinématique en posture du robot de type unicycle. Figure II.8 :Robot mobile de type tricycle. Figure II.9 :Modèle cinématique en posture du robot de type tricycle (motorisé à l’avant). Figure II.10 :Robot mobile de type voiture. Figure III.1 : Lastructure générale d’un robot mobile. Figure III.2 :Les Roues. FigureIII.3 :Servomoteur. FigureIII.4 :Moteurs pas à pas. Figure III.5 :Moteur à courant continu. FigureIII.6 : Motoréducteur. FigureIII.7 : Engrenages intégrés. FigureIII.8 : Le fonctionnement d’un réducteur. Figure III.9: La carte arduino mega 2560. FigureIII.10 : Pont H. FigureIII.11 : Pont H avec des diodes et des transistors. Liste des figures FigureIII.12 : Broches du L293D avec deux moteurs sous Arduino. FigureIII.13 : Capteur infrarouge. FigureIII.14 : Capteur GPS. FigureIII.15 : Accéléromètre. FigureIII.16 : Principe du télémètre à ultrasons. Figure III.17 :Capteur HC-SR04. FigureIII.18 : Fenêtre de logiciel arduino. FigureIII.19 :Picoréseau. FigureIII.20 :Les trois types de nœuds dans un réseau Zigbee. Figure III.21 :Xbee version normal (Option antenne céramique) Figure III.22:Xbee version pro(Option antennefouet). FigureIII.23:XBeeshield. FigureIII.24:Xbeeshield pour Arduino. Figure III.25: Joystick Figure III.26 :Principe de fonctionnement d’un joystick. Figure IV.1 :Programmation sur Arduino. Figure IV.2 :Image de simulation sur logiciel proteus. Figure IV.3 : UNI-T UTD2052C.I. Figure IV.4 : Multimètre digital UT60D. Figure IV.5 : Schémas de câblage du L293D avec deux moteurs sous Arduino. Figure IV.6 :Lab d’essaie. Figure IV.7 : Alimentation stabilisée et régulée. Figure IV.8 : Robot mobile à roues. Figure IV.9 : Télécommande du robot mobile (joystick). Figure IV.6 :Lab d’essaie. Figure IV.7 : Alimentation stabilisée et régulée. Figure IV.8 : Robot mobile à roues. Liste des figures Figure IV.9 : Télécommande du robot mobile (joystick). Figure 1 : Structure interne du L293D. Figure 2 : L293. Figure 3 : Brochage du L293D. Figure 4 : Principe de montage du L293D avec deux moteurs à CC. Liste des tableaux Tableau III.1 :Commandes de L293D. Tableau III.2 : Comparaison des protocoles Zigbee, Wifi et Bluetooth. Sommaire Introduction générale............................................................................................................... 2 CHAPITRE I : LA ROBOTIQUE I.1. Introduction........................................................................................................................ 5 I.2. Définition ............................................................................................................................ 6 I.2.1. Définition de la Robotique ....................................................................... 6 I.2.2. Etymologie du mot Robot ........................................................................ 6 I.3. Historique de la robotique............................................................................................ 7 I.3.1. Origine de la Robotique ........................................................................... 7 I.3.2. Dates marquants la Robotique ................................................................ 7 I.4. Application de la robotique.......................................................................................... 8 I.4.1. Robotique d’intervention ......................................................................... 8 I.4.2. Robotique de service professionnelle ...................................................... 8 I.4.3. Robotique personnelle............................................................................. 9 I.5. Types de robots .................................................................................................................. 9 I.5.1.Humanoïdes................................................................................................ 9 I.5.2.Robots industriels (manipulateurs).......................................................... 9 I.5.3.Robots mobiles (explorateurs).................................................................. 9 I.6.Cas spécifique de l’automobile ........................................................................................ 10 I.7. Conclusion.................................................................................................................... 11 CHAPITR II : Robots Mobiles II.1. Introduction .............................................................................................................................13 II.2. Définition d’un robot mobile.................................................................................................14 II.3. Grandes classes des robots mobiles ............................................................................. 14 II.4. Mode de fonctionnement .............................................................................................. 14 II.5.Autonomie d'un robot mobile ....................................................................................... 15 II.6. Constitution d’un robot mobile autonome ........................................................................17 II.6.1. Structure mécanique .............................................................................................17 II.6.2. Charge utile............................................................................................................... 18 II.6.3. Structure de commande.........................................................................................18 Sommaire II.6.3.1. Perception de l’environnement.............................................................18 II.6.3.2. Communication homme-machine .......................................................19 II.6.3.3. Commande .............................................................................................19 II.7. Navigation autonome des robots mobiles...........................................................................19 II.7.1. Planification de mouvement .................................................................................20 II.7.2. Localisation ..............................................................................................................21 II.7.3. Suivi de trajectoire.................................................................................................21 II.7.4. Évitement réactif d’obstacles...............................................................................21 II.7.5. Parking.......................................................................................................................21 II.8. Modélisation.............................................................................................................................22 II.9. Principales structures cinématiques....................................................................................23 II.10. Catégories principales de robots à roues..........................................................................23 II.10.1. Robot mobile de type unicycle...........................................................................23 II.10.1.1. Modèle cinématique en posture du robot de type uni cycle........24 II.10.2. Robot mobile de type tricycle ............................................................................25 II.10.2.1. Modèle cinématique en posture du robot de type tricycle (motorisé à l’avant) ............................................................................................................25 II.10.3. Robot mobile de type voiture.............................................................................26 II.11. Conclusion .................................................................................................................26 Chapitre III : Conception du robot mobile III.2. Composants du robot mobile....................................................................................... 29 III.2.1. Partie mécanique ....................................................................................................... 30 III.2.1.1 Châssis .................................................................................................................... 31 III.2.1.2 Moyens de locomotion............................................................................................ 31 III.2.1.2.1. Chenilles ........................................................................................................ 31 III.2.1.2.2. Roue............................................................................................................... 31 III.2.1.3. Moteurs.................................................................................................................... 32 III.2.1.3.1Servomoteurs .................................................................................................. 32 III.2.1.3.2 Moteur pas à pas ........................................................................................... 33 Sommaire III.2.1.3.3Moteurs à courant continu ........................................................................... 34 III.2.1.3.4 Motoréducteur........................................................................................... 34 III.2.1.3.5 Utilisation................................................................................................... 35 III.2.2 Partie électronique ..................................................................................................... 36 III.2.2.2Arduino ................................................................................................................... 36 III.2.2.2.1 Présentation d'Arduino ............................................................................ 36 III.2.2.2.2 Carte arduino Mega 2560......................................................................... 36 III.2.2.2.3 Constitution de la carte ............................................................................ 37 III.2.2.2.4 Caractéristiques de la carte arduino Mega................................................. 38 III.2.2.2.5 Les bonnes raisons de choisir Arduino .............................................. 38 III.2.2.3 principe de pont en H...................................................................................... 39 III.2.2.3.1 L293(D) ..................................................................................................... 40 III.2.2.3.2 L298 .......................................................................................................... 41 III.2.2.3.3 Caractéristiques techniques du composant L293D............................... 42 III.2.2.3.4 Fonctionnement du L293D ...................................................................... 42 III.2.2.4 Capteurs ........................................................................................................... 43 III.2.2.4.1 Télémètre laser:......................................................................................... 44 III.2.2.4.2 Capteurs de position ................................................................................ 44 III.2.2.4.3 Odométrie ................................................................................................. 44 III.2.2.4.4 Capteurs infrarouges................................................................................ 44 III.2.2.4.5 GPS ............................................................................................................ 45 III.2.2.4.6 Accéléromètre ........................................................................................... 45 III.2.2.4.7. Gyromètre..............................................................................................................46 II.2.2.4.8. Gyroscope.................................................................................................................46 III.2.2.4.9. Capteurs tactiles ...................................................................................................46 III.2.2.4.10. Télémètres à ultrason ........................................................................................46 III.2.2.4.10.1. Fonctionnement du module HC-SR04 .......................................................47 III.2.2.4.10.2. Caractéristiques techniques du module HC-SR04............................... 48 III.2.2.5. Alimentation .................................................................................................... 48 Sommaire III.2.3. Partie informatique ....................................................................................................48 III.2.3.1. Microcontrôleurs en robotique.............................................................................49 III.2.3.1.1. Microcontrôleurs courants en robotique ......................................................49 III.2.3.1.2. Logiciel arduino ....................................................................................................50 III.2.3.1.3 Mise en œuvre de logiciel Arduino ......................................................... 51 III.2.3.1.4 Structure d'un programme arduino ....................................................... 52 III.2.3.2 Télécommander un robot mobile.................................................................... 53 III.2.3.2.1 Télécommander à distance....................................................................... 53 III.2.3.2.1.1 Bluetooth.................................................................................................... 53 III.2.3.2.1.2 Wifi............................................................................................................ 55 III.2.3.2.1.3 Zigbee......................................................................................................... 55 III.2.3.2.1.3.1 Modules XBee .......................................................................................... 56 III.2.3.2.1.3.2 Principales caractéristiques du Xbee .................................................... 57 III.2.3.2.1.3.3Modes de xbee .......................................................................................... 57 III.2.3.2.1.3.4 Versions du XBee .................................................................................... 58 III.2.3.2.2 Module joystick ......................................................................................... 60 III.2.3.2.2.1 Caractéristiques techniques ..................................................................... 61 III.2.3.2.2.2Principe de fonctionnement de joystick............................................................ 61 III.3 Conclusion.........................................................................................................................62 CHAPITRE IV : Réalisation d’un Robot Mobile I. Introduction :.............................................................................................................64 II. Outils utilisés .............................................................................................................65 II.1. Logiciels utilisés.............................................................................................................. 65 II.2. Appareillage utilisés ......................................................................................... 66 II.3. Robot mobile réalisé......................................................................................... 69 III. Commande de notre robot.......................................................................................... 70 III.1 Alimentation de la télécommande................................................................... 70 IV. Robot Mobile Télécommandé ..........................................................................................70 Sommaire V. Conclusion .............................................................................................................................71 Conclusion générale .........................................................................................................................73 Bibliographie......................................................................................................................................75 Annexes ...............................................................................................................................................79 1 Introduction générale Introduction générale 2 Introduction générale Depuis quelques années, un intérêt croissant est porté, au sein de la communauté robotique, au développement des systèmes intelligents autonomes et télé-opérés dans le cadre de la robotique mobile. Un tel intérêt peut être perçu comme une conséquence logique à l’apparition des applications potentiels des machines intelligentes (industrielles, services, manutention ou encore de l'aide à la mobilité des personnes âgées ou handicapées,…). L'objectif est de mettre les robots dans des uploads/Geographie/ my3refch-yktb.pdf