Rapport Projet AGV : Conception et Réalisation

PFA — Conception et Réalisation d'un Robot AGV | Génie Industriel — 2024/2025
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RAPPORT DE PROJET DE FIN D'ANNEE
Conception et Réalisation d'un Robot AGV
Prototype Industriel de Transport de Marchandises
Spécialité : Génie Industriel / Génie Mécatronique
Année Universitaire : 2024 – 2025
Encadrant : [Nom du Professeur]
Réalisé par : [Votre Nom Complet]

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Résumé
Le présent rapport décrit la conception et la réalisation d'un Véhicule à Guidage Automatique
(AGV) destiné à être utilisé dans les grandes surfaces commerciales. Ce prototype industriel est
conçu pour transporter des marchandises d'une charge nette maximale de 15 kg de manière
totalement autonome, en suivant un tracé prédéfini au sol.
Le robot adopte une architecture à deux niveaux : un plateau supérieur dédié au transport de la
charge, et un plateau inférieur abritant l'ensemble des composants électroniques, la batterie et
les actionneurs. Le châssis est entièrement réalisé en alliage d'aluminium 5052-H32, un matériau
alliant légèreté et résistance mécanique. La propulsion est assurée par deux moteurs DC à
réducteur (JGA37-520) montés en configuration différentielle, complétés par deux roues
pivotantes.
Le système de guidage repose sur une barre de huit capteurs infrarouges TCRT5000 associée à
un algorithme de régulation PID, permettant un suivi précis de la ligne au sol avec une déviation
inférieure à ±10 mm. Le contrôle embarqué est confié à un microcontrôleur STM32F103C8,
alimenté par une batterie LiPo 3S de 10 Ah assurant une autonomie minimale de deux heures.
Ce travail couvre l'intégralité du cycle de développement : étude bibliographique, cahier des
charges, dimensionnement mécanique, modélisation CAO sous SolidWorks, conception
électronique et PCB sous KiCad, développement du firmware embarqué, et plan de tests de
validation.
Mots-clés : AGV, véhicule à guidage automatique, suivi de ligne, PID, STM32, aluminium 5052-
H32, transport industriel, grandes surfaces.
Abstract
This report presents the design and implementation of an Automated Guided Vehicle (AGV)
intended for use in large retail environments. The prototype is designed to autonomously transport
goods with a maximum payload of 15 kg, following a predefined floor track.
The robot features a two-level architecture: an upper platform for cargo and a lower platform
housing all electronics, battery, and actuators. The frame is entirely built from 5052-H32 aluminum
alloy, combining lightness with mechanical strength. Two DC gear motors (JGA37-520) in a
differential drive configuration provide propulsion, supported by two swivel caster wheels.
Line following is achieved via an array of eight TCRT5000 infrared sensors combined with a PID
control algorithm, providing accurate tracking with deviations below ±10 mm. An STM32F103C8
microcontroller handles embedded control, powered by a 3S 10 Ah LiPo battery for a minimum
two-hour operating autonomy.

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Keywords: AGV, automated guided vehicle, line following, PID control, STM32, 5052-H32
aluminum, industrial transport, retail logistics.

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TABLE DES MATIÈRES
Résumé ...................................................................................................................................... 2
Abstract ...................................................................................................................................... 2
TABLE DES MATIÈRES ............................................................................................................. 4
CHAPITRE 1 : ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE .............................................................................. 6
1.1 Les AGV : Définition et Historique ..................................................................................... 6
1.2 Types d'AGV Existants ...................................................................................................... 6
1.3 Technologies de Guidage .................................................................................................. 7
1.4 Applications Industrielles des AGV .................................................................................... 7
1.5 Positionnement de Notre Projet ......................................................................................... 7
CHAPITRE 2 : CAHIER DES CHARGES .................................................................................... 9
2.1 Contexte et Besoin ............................................................................................................ 9
2.2 Analyse Fonctionnelle ....................................................................................................... 9
2.2.1 Diagramme Bête à Cornes .......................................................................................... 9
2.2.2 Fonctions de Service................................................................................................... 9
2.3 Spécifications Techniques Détaillées .............................................................................. 10
2.3.1 Spécifications mécaniques ........................................................................................ 10
2.3.2 Spécifications cinématiques et dynamiques .............................................................. 10
2.3.3 Spécifications électroniques et logicielles .................................................................. 10
CHAPITRE 3 : CONCEPTION MÉCANIQUE ............................................................................ 12
3.1 Choix du Matériau : Aluminium 5052-H32 ....................................................................... 12
3.2 Architecture du Châssis ................................................................................................... 12
3.3 Dimensionnement Structurel ........................................................................................... 13
3.3.1 Définition des charges de calcul ................................................................................ 13
3.3.2 Vérification des montants verticaux au flambage ...................................................... 13
3.3.3 Vérification des traverses en flexion .......................................................................... 13
3.4 Choix des Moteurs et de la Cinématique ......................................................................... 14
3.4.1 Architecture de motorisation ...................................................................................... 14
3.4.2 Calcul du couple et sélection des moteurs ................................................................ 14
3.5 Modélisation CAO et Simulation ...................................................................................... 14
CHAPITRE 4 : CONCEPTION ÉLECTRONIQUE ..................................................................... 16
4.1 Architecture Électronique Générale ................................................................................. 16
4.2 Sous-Système d'Alimentation .......................................................................................... 16
4.2.1 Batterie LiPo 3S ........................................................................................................ 16
4.2.2 BMS et protection ..................................................................................................... 16
4.3 Sous-Système de Puissance : Drivers BTS7960 ............................................................. 17
4.4 Microcontrôleur STM32F103C8 ....................................................................................... 17
4.5 Conception du PCB sous KiCad ...................................................................................... 17
CHAPITRE 5 : SYSTÈME DE CONTRÔLE EMBARQUÉ ......................................................... 19

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5.1 Principe du Suivi de Ligne Infrarouge .............................................................................. 19
5.2 Algorithme de Position de la Ligne .................................................................................. 19
5.3 Régulateur PID ................................................................................................................ 19
5.3.1 Principe et structure du PID ...................................................................................... 19
5.3.2 Implémentation et calibration .................................................................................... 20
5.4 Gestion des Cas Particuliers ........................................................................................... 20
5.4.1 Perte de ligne ............................................................................................................ 20
5.4.2 Détection d'obstacles ................................................................................................ 20
5.4.3 Gestion des intersections .......................................................................................... 20
5.5 Code Embarqué .............................................................................................................. 21
CHAPITRE 6 : RÉALISATION ET TESTS ................................................................................ 22
6.1 Réalisation du Prototype ................................................................................................. 22
6.1.1 Fabrication mécanique .............................................................................................. 22
6.1.2 Assemblage électronique .......................................................................................... 22
6.2 Plan de Tests et Protocole de Validation ......................................................................... 22
6.2.1 Tests mécaniques ..................................................................................................... 22
6.2.2 Tests électroniques ................................................................................................... 23
6.2.3 Tests de suivi de ligne ............................................................................................... 23
6.3 Tableau de Validation Finale du Cahier des Charges ...................................................... 23
6.4 Analyse des Résultats et Améliorations Proposées ......................................................... 24
CONCLUSION GÉNÉRALE ...................................................................................................... 25
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ..................................................................................... 26