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Groupe de projet ingénieur n°70 date : 19/06/2012 Version 1.0 Rapport technique

Groupe de projet ingénieur n°70 date : 19/06/2012 Version 1.0 Rapport technique de projet Ingénieur Rédacteurs : Emmanuel Caille, Xavier Corbillon, Léa Castel, Pierre Jacolot, Jérémy Nadal, Guillaume Recht Encadrants : Noël Caillère – Dept Micro-ondes Magali Le Gall – Dept Electronique Jean-Pierre Clère – Dept Optique Client : Marie-Catherine Mouchot – Directrice de la Communication de Télécom Bretagne Projet Ingénieur n°70 – Coupe de France de Robotique Rapport Technique 1 Résumé Ce document décrit le travail réalisé par les membres du club de robotique de Télécom Bretagne dans le cadre du projet d‟ingénieur n°70. Le but de ce projet est de construire un robot pour participer à la Coupe de France de robotique, robot qui doit respecter le règlement de Planète science. Nous décrirons tout d‟abord le contexte global du projet, puis la gestion des ressources humaine et matérielles et la solution technique retenue sur les plans mécanique, électronique et informatique. Finalement nous évaluerons nos performances vis-à-vis des résultats obtenus lors de la coupe et de la transmission des connaissances techniques aux équipes futures. Abstract This document describes the work achieved by the members of the robotics club of Telecom Bretagne within the framework of the engineer project n°7. The aim of this project is to build a robot to participate in the French Robotics Cup, robot that has to follow the rules of Planète science. We will describe in the part the context of the project, then the management of human and technical resources and the adopted technical solution on a mechanic, electronic and informatics point of view. Finally, we will estimate our performances regarding to our score and the transmission of technical knowledge to future teams. Projet Ingénieur n°70 – Coupe de France de Robotique Rapport Technique 2 Rédacteurs Introduction Pierre Jacolot 1. Objectifs et Contraintes du projet Pierre Jacolot 2. Gestion de Projet Jérémy Nadal 3. Développement technique du robot principal 3.1. La stratégie Xavier Corbillon 3.2. Les solutions mécaniques Emmanuel Caillé 3.3. L‟électronique Jérémy Nadal et Guillaume Recht 4. Développement technique du robot secondaire Léa Castel 5. Evaluation des Performances 5.1 Communication Emmanuel Caillé 5.2 Coupe de France Guillaume Recht 5.3 Capitalisation des Compétences et Documentation Guillaume Recht 5.4 Bilan Budgétaire Pierre Jacolot Conclusion Léa Castel Annexe 1 : Cahier des charges fonctionnelles Léa Castel Annexe 2 : Planning du projet Jérémy Nadal Annexe 3 : Le simulateur de déplacement Xavier Corbillon Annexe 4 : L‟asservissement Xavier Corbillon Annexe 5 : La gestion de la mémoire du STM Xavier Corbillon Annexe 6 : Conception mécanique du robot principal Emmanuel Caillé Annexe 7 : Les capteurs Jérémy Nadal Annexe 8 : Cartes Electroniques Jérémy Nadal Annexe 9 : Diagramme UML Xavier Corbillon Relecteurs Introduction Léa Castel 1. Objectifs et Contraintes du projet Léa Castel 2. Gestion de Projet Pierre Jacolot 3. Développement technique du robot principal 3.1. La stratégie Emmanuel Caillé 3.2. Les solutions mécaniques Léa Castel 3.3. L‟électronique Jérémy Nadal et Guillaume Recht 4. Développement technique du robot secondaire Pierre Jacolot 5. Evaluation des Performances 5.1 Communication Léa Castel 5.2 Coupe de France Léa Castel 5.3 Capitalisation des Compétences et Documentation Léa Castel 5.4 Bilan Budgétaire Léa Castel Conclusion Léa Castel Annexe 1 : Cahier des charges fonctionnelles Léa Castel Annexe 2 : Planning du projet Léa Castel Annexe 3 : Le simulateur de déplacement Emmanuel Caillé Annexe 4 : L‟asservissement Emmanuel Caillé Annexe 5 : La gestion de la mémoire du STM Xavier Corbillon Annexe 6 : Conception mécanique du robot principal Léa Castel Annexe 7 : Les capteurs Guillaume Recht Annexe 8 : Cartes Electroniques Jérémy Nadal Annexe 9 : Diagramme UML Emmanuel Caillé Projet Ingénieur n°70 – Coupe de France de Robotique Rapport Technique 3 Tables des figures Figure 1: Table de jeu de la Coupe de France de robotique .......................................................... 11 Figure 2: Organigramme de la gestion de projet ............................................................................ 12 Figure 3: 1ère version de la stratégie du robot ................................................................................. 15 Figure 4: 2ème version de la stratégie du robot ................................................................................ 16 Figure 5: 3ème version de la stratégie du robot ................................................................................ 16 Figure 6: Architecture globale informatique .................................................................................... 17 Figure 7: Emplacement des capteurs sur le robot .......................................................................... 19 Figure 8: Modélisation 3D de la base roulante ............................................................................... 20 Figure 9: La base roulante sans les moteurs .................................................................................. 20 Figure 10: La base roulante au complet ........................................................................................... 20 Figure 11: La base roulante du robot équipé de ses polystyrènes de protection et de ses patins avant 21 Figure 12: Le squelette de Krabi 2012, avec son étage supérieur et son toit .................................. 21 Figure 13: Vu sur l‟étage supérieur du robot avec les capteurs SHARP frontaux visibles ............... 21 Figure 14: Modélisation des balais du robot ..................................................................................... 22 Figure 15: Les balais latéraux déployés sur le robot longeant un des totems .................................. 22 Figure 16: Modélisation du râteau du robot principal ........................................................................ 22 Figure 17: Le toit du robot avec les derniers éléments ..................................................................... 23 Figure 18: Structure électronique globale ......................................................................................... 24 Figure 19: Positions des éléments électroniques sur le robot .......................................................... 25 Figure 20: Fonctions principales de la carte STM ............................................................................ 25 Figure 21: Fonctions principales de la carte alimentation ................................................................. 26 Figure 22: Fonctions principales de la carte « Moteur » ................................................................... 27 Figure 23: Stratégie du robot ............................................................................................................ 29 Figure 24: Lingot à récupérer ............................................................................................................ 29 Figure 25: Le robot secondaire vu de face ....................................................................................... 30 Figure 26: Le robot secondaire vu de dessus ................................................................................... 30 Figure 27: La carte Arduino .............................................................................................................. 31 Figure 28: Le site web du club .......................................................................................................... 33 Figure 29: Le robot Lego présenté à la fête de la science ................................................................ 34 Figure 30: La Coupe de France de Robotique.................................................................................. 34 Figure 31: Dépenses ......................................................................................................................... 37 Figure 32: Recettes ........................................................................................................................... 37 Figure 33: Table de jeu ..................................................................................................................... 42 Figure 34: Table de jeu ..................................................................................................................... 43 Figure 35: Diagramme pieuvre du projet .......................................................................................... 46 Figure 36: Critères d‟appréciation des fonctionnalités et contraintes du projet robotique ................ 47 Figure 37: Diagramme de Gant du projet ......................................................................................... 48 Figure 38: Comportement du robot et simulateur ............................................................................. 49 Figure 39: La table vue depuis le simulateur .................................................................................... 50 Figure 40: Les courbes d‟asservissement idéale et réelle ................................................................ 51 Figure 41: Fonctionnement du filtre PID ........................................................................................... 52 Figure 42: Les adresses mémoires dans le STM ............................................................................. 53 Figure 43: L‟ancienne allocation de mémoire ................................................................................... 54 Figure 44: Les détails des headers ................................................................................................... 54 Figure 45: Exemple de gestion de la mémoire ................................................................................. 55 Figure 46: Mise en plan de la base roulante ..................................................................................... 56 Figure 47: Modélisation 3D de la base roulante ............................................................................... 57 Figure 48: Modélisation 3D des balais latéraux ................................................................................ 57 Figure 49: Mise en plan d‟un balai latéral ......................................................................................... 58 Figure 50: Mise en plan du râteau frontal ......................................................................................... 59 Figure 51: Rendu 3D du balais frontal .............................................................................................. 60 Figure 52: Modélisation du robot dans sa configuration finale ......................................................... 60 Figure 53: Mise en plan du robot dans sa configuration finale ......................................................... 61 Figure 54: Modélisation du robot sur la table de jeu aux alentours d‟un totem ................................ 62 Projet Ingénieur n°70 – Coupe de France de Robotique Rapport Technique 4 Figure 55: schéma électrique de la carte capteur arrière ................................................................. 63 Figure 56: schéma électrique de la carte capteur avant ................................................................... 64 Figure 57: capteur SHARP................................................................................................................ 64 Figure 58: capteur ultrason . ............................................................................................................. 65 Figure 59: schéma électrique de la carte alimentation ..................................................................... 66 Figure 60: solution proposée pour protéger d'une inversion ............................................................ 67 Figure 61: schéma de principe de la détection de charge ................................................................ 68 Figure 62: L‟optocoupleur ................................................................................................................. 69 Figure 63: schéma électrique de la carte STM ................................................................................. 70 Figure 64: schéma électrique de la carte moteur ............................................................................. 72 Figure 65: trois cas différents de PWM ............................................................................................. 73 Figure 66: Diagramme UML pour les capteurs ................................................................................. 74 Figure 67: diagramme UML pour les commandes ............................................................................ 75 Figure 68: Diagramme UML de l‟asservissement ............................................................................. 76 Figure 69: Diagramme UML de la stratégie ...................................................................................... 77 Projet Ingénieur n°70 – Coupe de France de Robotique Rapport Technique 5 Remerciements Dans un premier temps, nous souhaiterions remercier nos encadrants techniques, Magali Le Gall, Noël Caillère et Jean-Pierre Clère, qui nous ont beaucoup aidé durant le déroulement de notre projet. Leurs conseils nous ont permis de nous sortir de problèmes que notre formation ne permettait pas toujours d'appréhender. Nous les remercions également d'être venu nous assister à la coupe de France de robotique. Nous souhaiterions également remercier la Direction de la Communication de l‟École et la directrice, Marie-Catherine Mouchot, pour l'aide financière apportées qui nous a permis d'acheter nos divers composants et de mener à terme notre projet. Nous remercions également Chantal Leblond qui nous a financé les t-shirts que nous avont porté durant la coupe. Enfin, nous voulions remercier Cendrine Le Locat pour les manifestions auxquels nous avons assistés, comme la fête de la science. Ensuite, nous voudrions remercier les personnes qui nous ont aidées à réaliser les différents composants de notre robot. En particulier, Jean-Pierre Clère, qui, comme chaque année, a usiné la base roulante et la structure en aluminium de notre robot, ainsi uploads/Ingenierie_Lourd/ pfe-rapport-de-projet-de-fin-d-x27-etude-22.pdf