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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 Université Djilali Bounaama KHEMIS MILIANA Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Technologie Mémoire Présenté Pour l’obtention de diplôme Master En « Génie Electrique » Option : « Automatique des systèmes de Production » Thème : Réalisé par : Encadré par :  KOUIDER AISSA Abdelkrim  Pr. LOUNIS Mourad  BELLILA Mohamed Année universitaire : 2016 - 2017 II Remerciement Avant toute chose, nous remercions DIEU, le tout puissant, pour nous avoir donnée la force et la patience à terminer ce travail. Nous exprimons nos profondes gratitudes envers Monsieur Mourad LOUNIS pour avoir accepté de diriger avec beaucoup d’attention et de soin ce travail. Nous lui sommes très reconnaissantes pour sa disponibilité, sa bienveillance et son permanent, et d’avoir prêté un intérêt constant au sujet de thèse, pour ses critiques constructives et son aide aux différentes entraves rencontrées, pour sa gentillesse et ses qualités humaines. Nos sincères remerciements vont également à Messieurs les jurys d’avoir acceptés de juger notre travail. Nous somme profondément reconnaissant envers Monsieur Ali MALLEM pour sa disponibilité, sa réponse à nos demandes et sa présence permanente à la question. Nous ne saurons exprimer nos reconnaissances à notre ami Mohamed BOUNOUA, qui nous a constamment aidés sur le plan pratique, nous lui remercions de sa gentillesse, de ses conseils abondants et amicaux, et ses remarques judicieuses qui m'ont beaucoup aidé sur le plan théorique. Nous voudrions exprimer nous profonde gratitude tous ceux qui, par leurs conseils, leur coopération nos ont aidé il réaliser l'expérience et terminer ce mémoire. Nous tenons à remercier aussi très chaleureusement tout nos professeurs pour leurs efforts et toutes les informations qu’ils nous ont données pendant nos années d’études. III Dédicace Je dédie ce modeste travail à celle qui m’a donné à la vie, qui s’est sacrifié pour mon bonheur et ma réussite, a ma mère … A mon père, qui a été mon ombre durant toutes les années des études, qui a veillé à me donnez l’aide, a m’encourager et a me protéger, que dieu les gardes et les protèges. A mes agréables sœurs et mon frère et toute ma famille A ma meilleure Lina et sa nièce Rym A mes copains Mohamed, Aziz, Kader, Anis, et Sophia A ma chère amie Nesrine A tous mes amis A tous ceux qui m’aiment A tous ceux que j’aime -Je dédie ce travail- °Abdelkrim° IV Dédicace Au nom d'ALLAH, le clément et le miséricordieux D'abord, je tiens à remercier le tout puissant de me donner le courage et la patience pour arriver à ce stade. Je dédie ce modeste travail particulièrement à ceux qui m’ont apprise le sens de la vie m’ont encouragé, m’ont soutenu durant mes années d’études mon très cher père ma chère mère. A mes frères et à toute ma famille A mon binôme et toute la promotion (2016 - 2017) A mon ami Mohamed BOUNOUA A mes copains et copines et toutes personnes que j'ai connues qui m’ont aidé de loin ou de près dans la réalisation de ce travail. -Je dédie ce travail- °Mohamed° V Liste Des Figures Chapitre I : généralité sur la robotique mobile Figure 1.1: La roue ......................................................................................................................... 8 Figure 1.2: L’horlogerie ou Les clepsydres (horloges à eau) ......................................................... 8 Figure 1.3: Le coq automate des Trois Rois ................................................................................... 9 Figure 1.4: Robot Al-jazari ............................................................................................................. 9 Figure 1.5: Hypothétique de l'appareil digestif du canard de Vaucanson ..................................... 10 Figure 1.6: Rover Spatial Lunokhod 1 .......................................................................................... 11 Figure 1.7: Armure capable de s’asseoir, relever sa visière et bouger ses bras ............................ 11 Figure 1.8: Le robot (à gauche) Germinoid F ............................................................................... 12 Figure 1.9: Architecture générale d’un système robotisé ............................................................. 13 Figure 1.10: Véhicule robotisé contrôlé par téléphone portable ................................................... 14 Figure 1.11: Constitution d'un robot manipulateur (fixe) ............................................................ 14 Figure 1.12: Robot manipulateur de séquence variable ................................................................ 15 Figure 1.13: Le robot Paul vous tire le portrait ............................................................................. 15 Figure 1.14: Le robot talentueux joue le piano ............................................................................. 16 Figure 1.15: Robot intelligent ....................................................................................................... 16 Figure 1.16: Les trois cas du pendule inversé ............................................................................... 19 Figure 1.17: Diagramme de fonctionnement d’un robot pendule inversé .................................... 20 Figure 1.18: Robot auto-équilibré de l'Université de Electro-Communication ........................... 21 Figure 1.19: Equibot d'équilibrage ................................................................................................ 21 Figure 1.20: Le Segbot .................................................................................................................. 22 Figure 1.21: Le UMASS uBot-5 ................................................................................................... 23 Figure 1.22: Le nBot ..................................................................................................................... 23 Figure 1.23: Le robot JOE............................................................................................................. 23 Figure 1.24: Le robot CMU Ballbot.............................................................................................. 24 Figure 1.25: Le robot Rezero Ballbot ........................................................................................... 24 Figure 1.26: Le Segway HT .......................................................................................................... 25 Figure 1.27: Le projet de 'Rich Chi Ooi' ....................................................................................... 26 Chapitre II : Modélisation du mouvement d’un pendule inversé Figure 2.1 : Schémas d'un moteur DC .......................................................................................... 30 Figure 2.2 : Schémas corps libre pour les deux roues ................................................................... 33 Figure 2.3 : Schémas corps libre du châssis .................................................................................. 35 Figure 2.4 : Pôles-zéros du système en boucle ouverte ................................................................ 39 Figure 2.5 : Réponse impulsionnelle du système en boucle ouverte ........................................... 40 VI Chapitre III : Commande et résultat de simulation Figure 3.1: Calculer de Tcr ........................................................................................................... 45 Figure 3.2: Réponse impulsionnelle de l'angle d'inclinaison ........................................................ 46 Figure 3.3: Système en boucle ouverte ......................................................................................... 47 Figure 3.4: Bouclage du système par un vecteur de gain. ............................................................. 48 Figure 3.5: La réponse impulsionnelle du système (les pôles à partie réale négatif) ................... 49 Figure 3.6 : La réponse impulsionnelle du système (les pôles sur l'axe imaginaire) .................... 50 Figure 3.7 : La réponse impulsionnelle du système (3ème cas) ...................................................... 51 Figure 3.8: Principe d’une commande LQR ................................................................................. 52 Figure 3.9 : La réponse impulsionnelle du système avec la commande LQR lorsque(a>>>) ...... 55 Figure 3.10 : la réponse impulsionnelle du système avec la commande optimale (LQR) ............ 56 Chapitre IV : Conception et réalisation d’un robot équilibriste Figure 4.1 : Moteurs a courant continue ....................................................................................... 59 Figure 4.2 : Courant dans un champ magnétique.......................................................................... 60 Figure 4.3 : Le système balais-collecteurs .................................................................................... 61 Figure 4.4 : Schéma équivalent du moteur à courant continu ....................................................... 61 Figure 4.5 : Module hacheur pont H ............................................................................................. 62 Figure 4.6 : Circuit L298............................................................................................................... 63 Figure 4.7 : Pont H a transistor CMOS ......................................................................................... 64 Figure 4.8 : MPU 6050 ................................................................................................................. 65 Figure 4.9 : Carte Arduino UNO .................................................................................................. 67 Figure 4.10 : Arduino UNO la carte électronique ......................................................................... 68 Figure 4.11 : Lignes SDA et SCL ................................................................................................. 71 Figure 4.12 : Montage réalisé ....................................................................................................... 73 Figure 4.13 : Deux moteurs à courant continu avec un réducteur ‘Pololu’ .................................. 74 Figure 4.14 : Deux roues de 65 mm .............................................................................................. 74 Figure 4.15 : Le pont H ‘’L298N’’ ............................................................................................... 75 Figure 4.16 : Jumper fils ............................................................................................................... 75 Figure 4.17 : Batterie Lipo 11.1 V ................................................................................................ 75 Figure 4.18 : Une feuille de plexiglass ......................................................................................... 76 Figure 4.19 : Les deux moteurs fixés sur la feuille de plexiglass ................................................. 76 Figure 4.20 : Les deux faces de robot pendule inversé réalisé ..................................................... 77 Figure 4.21 : Explication de la 1ère fenêtre du logiciel Arduino .................................................. 78 Figure 4.22 : Structure d’un programme (Sketch) Arduino .......................................................... 79 VII Liste Des Tableaux Tableau 3.1: Les paramètres de PID avec (Ziegler Nichols)…………….………………………..45 Tableau 3.2: Les caractéristiques de la réponse impulsionnelle (1ercas) ...................................... 49 Tableau 3.3 : Les caractéristiques de la réponse impulsionnelle (2èmecas) ................................... 50 Tableau 3.4: Les caractéristiques de la réponse impulsionnelle (3ème cas) ................................... 51 Tableau 3.5: Les caractéristiques de la réponse impulsionnelle d’une commande optimale ....... 56 Tableau 4.1 : Niveau High et Low du bus I2C…………….…………………………….…...….71 Tableau 4.2 : Les modes de transmission...…………………………………………….………...72 VIII Nomenclature vecteur d'état de processus. u fonction d'entrée de commande inertie de rotor Couple de moteur Couple appliqué la masse de la roue la masse du châssis du robot. moment d'inertie des roues. moment d'inertie du châssis du robot. forces de réaction entre la roue et le châssis. l distance entre les centres du roue et le centre de la gravité du robot couple appliqué aux roues par les moteurs forces de frottement entre la terre et les roues. angle de rotation des roues. angle de rotation du châssis. Constante de couple Constante de force électromotrice R Résistance nominale L Inductance de rotor Tension appliquée vitesse angulaire de roue Constante de frottement Position angulaire de l'arbre Vitesse angulaire de l'arbre Accélération angulaire de l'arbre tension f.e.m i Courant à travers l'armature Gain proportionnel Gain intégrale Gain dérivatif IX SOMMAIRE Remeciements .................................................................................................................. II Dédicaces ......................................................................................................................... III Listes des figures ............................................................................................................... V Listes des Tableaux ......................................................................................................... VII LISTE DES NOTATIONS ET DES SYMBOLES ....................................................... VIII Sommaire ......................................................................................................................... IX Résumé ............................................................................................................................. XII Introduction générale ......................................................................................................... 1 Chapitre I : Généralité sur la robotique mobile I.1 La robotique .......................................................................................................................... 6 I.1.1 Définition .................................................................................................................. 7 I.1.2 Historique ................................................................................................................. 7 I.1.3 Déscplines de la robotique ...................................................................................... 13 I.1.4 Composants fonctionales ......................................................................................... 13 I.1.5 Classification des robots .......................................................................................... 14 I.1.6 Caractiristique d’un robot ....................................................................................... 17 I.2 Robot pendule inversé ........................................................................................................ 18 I.2.1 Intérêt de l’étude d’un pendule inversé .................................................................. 19 I.2.2 L’ état de l’art ......................................................................................................... 20 I.3 Conclusion uploads/Litterature/ master-2-etude-et-realisation-experimentale-d-x27-une-commande-destinee-a-controler-un-pendule-inverse-pdf.pdf