1 presentation du systeme

MINI ROBOT Dossier de présentation - 1 -
Construction électronique 1ère STI2 : MINI ROBOT
SUIVEUR DE LIGNE
1 PRESENTATION DU SYSTEME
1.1 Introduction : fonction d’usage et objectifs
La robotique fait partie de ces nouvelles technologies où l’imaginaire demeure plus important
que la réalité. Le mini robot que vous allez réaliser a pour fonction de suivre une trajectoire
tracée sur le sol. Il ne faut pas pour autant croire que ce robot verra. Les techniques les plus
élaborées, à base de caméra permettent seulement de reconnaître des formes simples et des
couleurs contrastées, dans un environnement connu à l’avance. Le robot à réaliser est
rudimentaire : il n’est pas programmable (pas de microcontrôleur) et doit être bon marché
(pas de caméra). Ce n’est pas un robot fonctionnel ( le parcours automatique d’une trajectoire
peut cependant faire l’objet de nombreuses applications) mais un robot ludique et surtout
éducatif dont l’étude et la réalisation vont permettre d’aborder les connaissances et
compétences suivantes :
- capteurs infrarouges
- génération de signaux (carré et triangulaire)
- commande de moteur à courant continu avec variation de vitesse
- tracé d’un typon
- réalisation, test et mise au point d’une carte électronique.
1.2 Identification des éléments du système
Le comportement du robot consiste à suivre une ligne noire sur fond blanc :

MINI ROBOT Dossier de présentation - 2 -
Le système se compose de trois éléments :
 L’ utilisateur qui met au point le robot en effectuant des réglages sur celui-ci et le met
en route.
 Le circuit constitué d’une plate forme blanche sur laquelle une ligne noire est réalisée
pour indiquer au robot la trajectoire à suivre.
 Le robot qui se déplace sur la plate forme en suivant la ligne. Des voyants permettent
à l’utilisateur de contrôler le fonctionnement du robot (détection capteurs et
commande moteurs).
Le robot est constitué de deux parties :
 La partie mécanique : un châssis plastique (119 x 78 x 45 mm) avec compartiment
pour 4 piles 1,5 V et bloc double moteur réducteur 5Vcc et roues à pneus à
gomme.
 La partie commande constituée de 3 cartes électroniques à réaliser et à visser sur
le châssis.
1.3 Diagramme sagittal
Utilisateur
Robot
Circuit
L1
L2
L3
L4
L5

MINI ROBOT Dossier de présentation - 3 -
Définir les liaisons entre éléments :
L1 :
L2 :
L3 :
L4 :
L5 :
2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU ROBOT
La détection de ligne s’effectue grâce à deux capteurs infrarouges à réflexion situés à l’avant
du robot (gauche et droit). Ces deux capteurs sont espacés entre eux d’une distance un peu
supérieure à la largeur de la piste.
Chaque capteur est constitué de deux éléments distincts : une diode électroluminescente et un
phototransistor infrarouges. La diode émet une lumière infrarouge en direction du sol et le
phototransistor reçoit les photons par réflexion sur le sol. Si la distance entre le sol et les
éléments, de l’ordre de 5mm, est respectée, le récepteur fournira une information
proportionnelle à la quantité de photons qu’il aura reçue.
Chaque capteur va commander le moteur situé de son côté. Plus la surface en dessous du
capteur est claire, plus le phototransistor recevra de photons et plus le moteur associé tournera
vite. Observons un robot qui suit une ligne droite noire sur fond blanc.
Si le robot avance, c’est que les deux capteurs reçoivent des photons issus des émetteurs.
Sachant qu’il n’y a pas de monde parfait, l’un des deux moteurs sera plus rapide que l’autre.
Le robot tournant légèrement, l’un des capteurs va s’approcher de la ligne noire et recevra
moins de photons. La vitesse de la roue du côté concerné va ralentir. Ce faisant, le robot
tournera légèrement dans le sens opposé et restera calé sur la ligne noire.
En virage, il se passe la même chose en prenant la précaution d’adapter la vitesse maximale
du robot au rayon des virages : si le rayon du virage est petit et que la vitesse est trop élevée,
le robot emporté par son inertie, manque de temps pour ajuster sa trajectoire sur la ligne
blanche. Comment passer à une ligne blanche sur fond noire ?
Surface
DEL infrarouge
Phototransistor
CAPTEUR IR

MINI ROBOT Dossier de présentation - 4 -
3 ANALYSE FONCTIONNELLE DE L’OBJET TECHNIQUE
3.1 Schéma fonctionnel de niveau I
3.2 Schéma fonctionnel de 1er degré
ROBOT
Réglages, M/A
Informations visuelles
Déplacement
Réaction du
terrain
DETECTION
LIGNE
FP1
Ligne à suivre
Ligne à
suivre
CORRECTION
FP2
VARIATION
DE VITESSE
MLI
FP3
ED
EG
VD
VG
AMPLIFICATION
DE PUISSANCE
FP4
MLID
MLIG
CONVERSION
ENERGIE
ELECTRIQUE
EN ENERGIE
MECANIQUE
FP5
MD
MG
TRANSFORMATION
ROTATION /
DEPLACEMENT
FP6
ROTD
ROTG
ALIMENTATION
FA1
VBAT
VCC
M/A
Déplacement
Réglages
Réaction du
terrain
Informations visuelles
Réglages

MINI ROBOT Dossier de présentation - 5 -
FP1 : DETECTION LIGNE
Suivant la position du robot par rapport à la ligne, les capteurs infrarouges droit et gauche
reçoivent plus ou moins de lumière. Les tensions ED et EG issues de FP1 sont représentatives
de la lumière reçue par les capteurs droit et gauche. Les valeurs mini et maxi de ces tensions,
correspondant respectivement à une surface noire et une surface blanche, seront déterminées
expérimentalement.
FP2 : CORRECTION
Les tensions ED et EG ne commandent pas directement la vitesse des moteurs. En effet, les
capteurs étant plus ou moins bien positionnés et la vitesse maximum devant être réglable, la
fonction FP2 permet de corriger les signaux issus des photorécepteurs. Après réglages par
potentiomètres, on obtient en sortie deux tensions VD et VG.
Sur un fond noir, ces tensions sont minimums et la vitesse des moteurs doit être nulle (arrêt).
Sur un fond blanc, ces tensions sont maximums et correspondent à la vitesse maxi des
moteurs.
FP3 : VARIATION DE VITESSE MLI
La variation de vitesse des moteurs se fait par modulation de largeur d’impulsion (MLI).
Les tensions de sorties MLID et MLIG sont des signaux carrés d’amplitude 5V, de fréquence
1,7 kHz environ et de rapport cyclique variable en fonction des valeurs respectives de VD et
VG. Ainsi VDmin correspond à un rapport cyclique de 0% et VDmax correspond à un rapport
cyclique de 100%.
MLID
FP4 : AMPLIFICATION DE PUISSANCE
Cette fonction permet d’alimenter les moteurs avec un courant suffisant pour les faire tourner.
FP5 : CONVERSION ENERGIE ELECTRIQUE / ENERGIE MECANIQUE
Cette fonction est réalisée par les 2 moteurs réducteurs à courant continu.
Les sorties ROTD et ROTG correspondent aux rotations des arbres moteurs droit et gauche.
FP6 : TRANSFORMATION ROTATION / DEPLACEMENT
Cette fonction est réalisée mécaniquement grâce aux deux roues du robot en contact avec le
sol.
FA1 : ALIMENTATION
Lorsque l’interrupteur M/A est enclenché par l’utilisateur, cette fonction fournit une tension
VBAT de 6V issue des piles et un tension VCC d’environ 5V. Ces tension permettent
d’alimenter respectivement les moteurs et l’électronique de commande.
Th variable
T fixe
t
0V
5V
Rapport cyclique :
 = Th / T