Mars Rover 1 Réalisé par : Mohamed Hajji Ammar Haddad Abderrahman Yousfi Sommaire : 1. Asservissement en vitesse /position d’un seul moteur en utilisant les outils de Matlab permettant de simuler en temps réel le système (hardware- in -the loop). 2. Simulation sur Matlab/Simulink de l’asservissement en vitesse /position du robot (4 moteurs). 3. Maquette SolidWorks « actualisée » du robot complet (Sans bras manipulateur ni caméra) 4. Mises en plan « actualisée » avec des coupes pour montrer les détails de la conception. 2 Remerciement : Avant d’entamer ce rapport, nous tenons à présenter nos remerciements les plus sincères à toute l’équipe pédagogique de l’EMINES. Et par la même occasion, on remercie Monsieur Yvon GAIGNEBET ainsi que nos trois encadrants, Monsieur LAHNINE Mohammed, Monsieur BABA El Mostafa et Monsieur Anas Cherradi pour leur aide précieuse et leur disponibilité à tout moment pour répondre aux diverses questions au sujet du Robot que l'on est en train de concevoir. Introduction : Le projet "The Mars Rover" étant le dernier projet du cycle préparatoire intégré de l’Emines représente un réel défi. Il combine les compétences acquises lors des projets antérieurs ainsi que les connaissances en programmation, mécanique, électricité, électronique et robotique. Ce projet est considéré comme une évaluation de compétences efficace, utile et fructueuse car il nous permet de développer une grande flexibilité et une capacité d'adaptation en travaillant sur un projet réel, avec un cahier des charges et des contraintes spécifiques. Le robot Mars-Rover a été conçu pour explorer différents milieux et étudier leurs caractéristiques physiques telles que le niveau d'humidité, la température et la pression. Il peut également prendre des photos, saisir des objets et les transporter à l'utilisateur pour analyse, tout en restant à l'abri et en surveillant la mission. Dans ce rapport, nous allons présenter la maquette SolidWorks actualisée du robot ainsi que l’asservissement d’un moteur à l’aide de la technique hardware in the loop et finalement la simulation de l’asservissement des 4 moteurs du robots. 3 Asservissement en vitesse /position d’un seul moteur en utilisant les outils de Matlab permettant de simuler en temps réel le système (hardware- in -the loop). Pour réaliser l’acquisition de la réponse indicielle, on réalise les modèles suivants, le premier étant le modèle en boucle ouverte, le deuxième c’est le modèle en boucle fermée, cad qui permet d’asservir le moteur en vitesse et en position avec la possibilité de modifier les coefficients Kp, Ki et Kd de l’asservissement : On réalise un asservissement de vitesse d’un seul moteur de la Mars Rover en utilisant les outils de Matlab permettant de simuler en temps réel le système (hardware- in -the loop): 4 La réponse mesurée en vitesse d’un moteur avec les coefficients du correcteur proposé : 5 La réponse indicielle en vitesse visualisée avant filtrage : Comparaison entre la réponse mesurée et le modèle simulé : On réalise une acquisition de longue durée afin de tester les performances de l’asservissement face aux perturbations externes : 6 Asservissement en position d’un seul moteur (Hardware in the loop) : En utilisant l’outil Matlab PID Tuner, on propose un correcteur permettant de vérifier les exigences du cahier des charges suivantes : Temps de réponse à 5 % inférieur à 0,4 secondes, une erreur statique nulle et le premier dépassement inférieur à 5 % 7 A l’aide de l'architecture matérielle du hardware-in- the loop en mode externe, on implémente le correcteur synthétisé et on visualise en temps réel la réponse indicielle du système en boucle fermée. On conclue que le correcteur choisit permet d’atteindre les performances souhaitées. L’acquisition de la réponse indicielle en boucle ouverte à l’aide du modèle Simulink identification.slx (Package Matlab/Arduino). 8 On suppose le système de premier ordre et à l’aide du système d’identification on cherche la fonction de transfert. On compare ensuite les modèles simulé et mesuré, les deux courbes se superposent et on obtient le coefficient de corrélation 99.97% 9 Simulation sur Matlab/Simulink de l’asservissement en vitesse /position du robot : Le procédé hardware in the loop permet de déterminer les caractéristiques du moteur et les coefficients pid nécessaires pour son l’asservissement, donc on se basant sur cette technique on peut faire une modélisation réaliste du moteur. Ou bien on peut procéder par la méthode générale qui consiste à définir les équations de base qui décrivent le comportement du moteur et puis définir les blocs correspondants : Modélisation du moteur Boucle PID (asservissement vitesse) Bloc résumant la modélisation du moteur On insère dans le bloc pid Les coefficients déterminés par la Hil : Simulation de l’asservissement de 4 moteurs : On vérifie que la consigne(vitesse) donne au robot est identique à sa réponse par le schéma suivant qui s’agit en 10 entrée d’une consigne en vitesse(cm/s) qui se convertie à l’aide des équations de la cinématique indirecte en vitesse angulaires 𝜔𝑖 des 4 roues puis chaque 𝜔𝑖 entre dans la boucle d’asservissement en vitesse décrite cidessus et à la sortie de ces boucles on convertit les vitesses angulaires des roues en vitesse du robot par la cinématique directe et on visualise la sortie qui doit être identique a la consigne d’entree : La boucle d’asservissement Matrice d’inversion Fonction qui a comme input la vitesse du robot et output les vitesses angulaires des roues fonction qui a comme input les vitesses angulaires des roues et output la vitesse du moteur 11 La réponse en vitesse du robot est quasiment égale a la consigne d’après la simulation ci-dessus : Boucle PID (asservissement position) Cette boucle est pareil à celle de la vitesse juste que maintenant on ajoute un intégrateur a la sortie du bloc modélisant le moteur puisque sa sortie est une vitesse angulaire (rad/s) et nous on veut la position angulaire de la roue Simulation de l’asservissement de 4 moteurs Même chose que la simulation pour la vitesse, ici on donne à l’entrée une consigne en cm et les fonctions de conversion sont encore valables car le passage du déplacement à la vitesse est une division par dt et puis le retour a la position angulaire est une multiplication par dt. La réponse en position du robot est quasiment égale à la consigne d’après la simulation ci-dessus. 12 Maquette numérique SolidWorks Point de vue général de la maquette numérique 13 Vu de dessus de la maquette numérique 14 Vu de dessus du bâti 15 Mise en position de la cornière et les paliers sur le bâti 16
