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BACGALAUREAT GENERAL Session 2OO9 Série S Sl EÎUDE D'UN SYSTEME PLURITEGHNIOUE

BACGALAUREAT GENERAL Session 2OO9 Série S Sl EÎUDE D'UN SYSTEME PLURITEGHNIOUE Durée de ltépreuve :4 heures Goefficienl:4 Aucun doÇument n'est autorisé. Le matériel autorisé comprend toutes les calculettes de poche, y compris les calculatrices programmables alphanumériques ou à écran graphique, à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage d'imprimante, conformément à la circulaire n'99-181 du 16 novembre 1999. Les réponses seront faites sur documents éponses et feuilles de copie fournis aux candidats. ll est conseillé de traiter les différentes pafties dans I'ordre. Composition du suiet : Un dossier ( LE TRAVATL DEMANDE p: 1 - Présentaiion de léiude et du système 2 - Etude de la détection du robot adverse 3 Va'idation du choix de la rnotorisation 4 Validat;on des choix stralégiques 5 Oplimisalion de a phdse de poussee 6 - Vériflcation des capacités de l'énergie embarquée 7 - Amélioration des performances dit robot Un dossier t< LEs DocuMENTs TECHNIeUE' , : U'] dossler ( LFs DocuMENrs REpoNsÊ,s ) l 9SISCMEfLWAGI ? page 1 à 15 durée conseillée 20 min 30 m;n 60 man 60 min 40 min 20 min 10 rnin DTO à DT3 DR1 à DR4 BACCALAUREAT GENERIIL $ession 2OO9 Série S Sl LE TRAVAIL DEMANDE { - PRESENTATIOI{ DE L'ETUDE ET DU SYSTEME l.{ - Introduction 1.2 - Extrait du rèqlement du concours 1.3 - Présentation du Robot Sumo : FAST du Robot {.4 - ldentificatlon des choix teehnologicues 2 - ETUDE DE LA DETEGTION DU ROBOT ADVERSE 3 - VALIDATION DU CHOIX DE LA MOTORISATIqN 3.1 - Etude |'iéliminairê : détemination de I'elfort de poussée : t.,..é. 3.2 - Détermînation du counle moteur : C.ou. 4 - VALIDATION DES GHOIX STRATEGISUES 4.1 - Détermination de la vitesse andulaire du moieur 4.2 - Détemination de la tensaon movenne aux bomes du moteur et du rap|'ort cvclieue de la MLI 4.3 - Proqrarnmation de la MLI du microcontrôleur PIG 5 - OPTIMISATION DE LA PHASE DE POUSSEE 6 -VERIFICATION DES CAPACITES DE L'ENERGIE EMBARQUEE 7 - AMELIORATION DES PERFORMANGES DU ROBOT 9SISCME/LR/AG1 1 - PRESENTATION DE L'ÊTUDE ET DU SYSTEME 1,1 - lntroduction La robotique sc;ence et technique de la co'rcepl:oî et de ld conslrucr:on des robo'c a aujourd'hui investi de nombreux dornaines tels que le domaine industriel, aérospatial, grand public sous forrne d'aspjrateurs ou de tondeuses autonomes ei tout dernièrement, le milieu du jouet. Le robot aui fait I'obiet de natre étude. permet de pafticiper à des concours de robotique lreq dporecrÀs oL re dllanl.quô. a:nsi qu aL Jdpor. Ces concours se développent aciuellement sur le vreux conIneni_ Ces robots sont appelés . " Robot Sumo " ou " Rabot Mlni Suna Les Sumos, ce sont ces énormes japonajs qui se servent de leur corpulence pour pousser leur adversaire au-delà d'un cercle. Certains sont même considérés comme des demi dieux au pays du soleil levanL. Aujourd'hui, nuT besoin d'avoir le régime aimentalre d'un Sumotori pour assouvir votre passion pour ce sport, il vous srffit de posséder un Robot Sumo el en jauanl sur la masse. la puissance et la Droorammation de votre robot, vous pourrez peut- être dom:ner votre adversaire. 1.2 - Extrait du rèqlement du concours Ën dehors dcs limitations physiques des robots liées aux différentes catégories, les règles sont directement issues des combats de Sumos. ll faut lout simplement, pousser son adversaire en dehors d'un disque, appelé u DoFyo >. Ce disque est peint en noir mat et bordé par une ligne blânche brillante (voir figure ci-dessous). r Un combat oppose deux Robots Sumos sur le " Dohyo ". r Chaque Robot Sumo est mis en route par une personne. r Le Dohyo a un diamètre de 1540 mm. r Les dirnensions initiales du Robot Sumo sont au maximum de 20cm x 20cm de coté polrr une hauteur sans limite. n.rê.trccô dô r^h^t..n 'êc?Ono a Cel.e des moins de 10009. Les robrots sont autonomes ei doivent démarrer au bout de 5 secondes. t2 <n,rrrô .têrôri:ô ê<t im.crdLivemenL ètêct:r'ê.1ê lvnô ^il.\ ô Fr^dmulalCutS. r Un combat consiste en 3 rencontres de 3 minutes chacune- 95tSCMgLFyAGI Consulter la documentation technique DTo et DT1. Le Robot Sumo est autonome et programmable, il est muni de 2 roues indépendantes motrices. Chacune des roues est aÇtionnée par un motoréducteur à colrant continu 12 V- La détection du bord du dohyo, qui est une ligne blanche brillante, est réalisée par deux capteurs de type reflex direct placés à l'avânt droit et gauche. La détection du robot adverse est confiée à deux émetteurs infrarouges et à un récepteur de Iumière infrarouge. Le traitemênt des données est confié à un microcontrôleur PIC câdencé à 20 N4Hz. 1.3 - Présentation du Robot Sumo : FAST du Robot On peut également cirer res Fonctions Contrainles suivantes : FCI : Résister aux agressions du robot âdverse FC2 ! Respecter le règlement. Fc3 : Résister au milieu extérieur. FC4 | Etre autonome en énergie électrique. FC5 : Eke esthétique. FÏ .I,I : Stocker l'énero je électrlque Accurnulâteurs FT 12. Gérer lé Cârle électronique FTt3: Conved r l'énergie élecaique en énergie mécânioue de rotation Adapter l'énefqie mécanjque de rotation FT15: Transformer lénergie mécanique de fotation en e mécaniaue de tfanslation FT2lr Elaborer une skatéoie de déolacement Prog ramrn ation Ff 22r Détecter ie bord du do FT34: Elaboref !ne shatéoie de déDlâcement ProgTammâtion FT32t Détectêr à distance \î***, !:''":, 9SISCMgLF/AG1 1.4 - ldentification de choix technoloqiques Pour permettre la Fonction Technique FTI (se déplacer sur le dohyo) un certain nombre de solutions technologiques simples ont éié envisagées. Ainsi FT1 peut notamment se diviser en 3 sous fonLlions : - Ff13 . canvertir l'énergie électrique en énergie mécanique de rotatton. - FT14 : êlbplef Ienergie mécanique de rotation. - Ff15 . transformet l'énergie mécanique de rotation en énergie mécanique de translation. Consulter les chaînes d'information et d'énergle du système en documentation technique DTo et la présentâtion du Robot Sumo en DT1. Répondre à ces questions sur feuille de copie. 3- 1.4,1 - Citer quelles sont les solutions technologiques permettant: FT13, FT14 et FT1S. Pour permettre la Fonction Technique FT2 (s'orienter sur le dohyo) et la Fonction Technique FT3 (déiecter le robot adverse) le robot est équipé de capteurs. êa\ 1,4.2 - Citer quelles sont les solutions technologiques permettant : FI22 eI Ff 32 2 - DETECTION DU ROBOT ADVERSE SUR LE DOHYO Voir Fonction Technique FT3 (détecter le robot adverse) du diagramme FAST. Le but étant de pousser son adversaire hors du dohyo, il est nécessaire de te détecter sur le dohyo. Emetteur gauche Le principe de détection d'un adversaire consiste à émettre de la lumière et à vérifier si elle est renvoyée. Cette lumière périodique est envoyée par salves suivant les chronogrammes cl- oessous. Ordrcs de commandes des émetteurs infrarouges droits et gauches Emetteur droit Salvas 6A0ps Siknce 600ptr Salyes 600as Silence 600ps Salvet 600us 9SISCME,/LR/AG1 Silence 600us Sel'res 600us Silence 600us Les émetteurs de lumière inlrarouge son( constitués de diodes infrarouqes. Lorsque l'ordre de cornmande est au niveau logique <( 0 r, la diode infrarouge est inactive. Lorsque I'ordre de commande est au ( I >, la diode est aciive et émet niveau logique de la lumière infrarouge. Les salves de commande sont envoyées alternativement par le microprocesseur sur les emetteurs gauche et droite. Chaque salve d une fréq,lence approximative de 38 kHz, est constituée de plusieurs périodes d'une durée totale de 600 ps. Si un obstâcle est présent, la lumière est renvoyée vers le récepteur associé à un filtre dont la fréquence centrale est de 3B kHz. Exemple de fonctionnement sur l'érnetteur gauche. Emetteur gâuche Emetteur D Sortie du recepteur dans le câs Sg4S obstacle Emetteur gauche Sortie du 1 récepteur dans le cas ayec gÉs!es&- o lîj :4: Retard du récepteur "sD 2.1 - A l'aide des chronogrammes ci-dessus, donner le niveau logique envoyé au microcontrôleur dans le cas ou le robot adverse est détecté. ên 2.2 - En déduire le type de logique adopté- 95ISCME/LFYAGl ln 2.3 - A l'aide de la documentation technique DTz, relever Ia longueur d,onde pour laquelle I'intensité lumineuse des diodes infrarouges est la meilleure. A quelle couleur correspond-elle ? "E 2.4 - Déterminer le nombre entier de périodes par salve que doit générer le micrôcontrôleur. Afin d'avoir une forte iniensité lumineuse il est nécessaire de faire passer un maxmum de courant dans les diodes. Le signal de sortie du récepteur infrarouge dépend de la quaniité de lumière reçue, c'es!à-dire de la qualité et de la distance de réflexion. 9a 2.5 - Démontrer que, quel que soit Ie rapport cyclique adopté, la durée d'activation d,une diode infrarouge sera toujours inférieur à 2,6.'10 5 s. Èn vous aidant de la documentatton technique l,ll2, déterminer Ie courant maximal accepté par ce type de diodes infrarouges si le rapport cyclique des différentes périodes des salves est égal à 0,2 puis à 0,5. Conclure sur le rapport cyclique à adopter en fonction de la distance de détection. ,ê 17 2,6 - En vous aidant de la documentation technique DT2, déterminer la fréquence centrale f. du filtre du récepteur uploads/Litterature/ bac-sciences-inge-s.pdf