Gamel Trophy

Gamel Trophy
Rapport d'Études & Réalisation
2012-2013
Groupe E :
DOULSANArnaud
LAM Song-man
LAMINE Sané
OUADAH Nadir
SIVACOUMARANE Vassanth
ERDEM Maxime
Tuteur de projet: Hugues Angelis
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SOMMAIRE
Introduction …................................................................................................................................... 3
Analyse fonctionnelle du robot ….................................................................................................... . 4
Fonction du robot ….......................................................................................…....... 5
Fonctionnement du robot ….........................................................................................6
Premier élément du robot …................................................................................................................7
Actionneurs...................................................................................................................7
Capteurs........................................................................................................................7
Interface........................................................................................................................7
Composant du robot......................................................................................................7
Ou est passée la ligne blanche ….........................................................................................................8
Discriminé les confetti..................................................................................................8
Suiveur de ligne ….......................................................................................................8
Capteurs................................................................................................................................................9
Fonctionnement du capteur........................................................................................10
Schéma électrique.......................................................................................................10
Calcule des résistance …............................................................................................11
Traitement de l'information …...........................................................................................................11
Résistance Pull up.......................................................................................................12
Logigramme................................................................................................................13
Moteur.................................................................................................................................................14
Les équations..............................................................................................................15
Schéma d'alimentation.. ............................................................................................ 16
Ce qu'ils nous reste à faire ….............................................................................................................17
Conclusion..........................................................................................................................................17
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Introduction
Le Gamel Trophy est une coupe de robotique, dans laquelle s’affrontent des
robots réalisés par des étudiants de génie électrique informatique industrielle.
Le robot doit suivre une piste blanche sur fond bleu le plus rapidement possible, puis
il doit faire tomber une première barre située à la fin de la piste et laisser en place une
seconde barre, distante de 20cm de la première. Le concours se déroulera sous forme
de passage simultané de deux robots sur deux pistes identiques qui ne se croisent pas.
Le plus rapide gagne l’épreuve.
Le concours imposent le fait que les robots doivent être autonomes, le châssis
et la batterie sont imposés, tous identiques. Dans le cadre des cours d'étude et
réalisation, nous sommes chargés de réaliser un robot pour concourir durant le Gamel
Trophy. Nous avons donc conçu et réalisé l'électronique du robot, dans les choix des
composants, la conception des différentes cartes électronique (Carte traitement, carte
capteur, carte puissance). On a reparti les différentes taches au sein du groupe afin de
travailler efficacement.
Le premier objectif du projet est de concevoir un robot qui traversera une un
champ de « confettis » pour ensuite s'arrêter dans une large zone blanche.
Nous allons maintenant vous présentez l’avancement de notre projet pour cet objectif,
les choix faits pour la conception du robot et les détails techniques important.
I] ANALYSE FONCTIONELLE DU ROBOT .
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La fonction principale de notre robot est de :
-AVANCER en suivant une ligne blanche,
Les fonctions secondaires de notre robot sont :
-Gérer un départ,
-Gérer un arrêt,
-Prendre des raccourcis,
Pour cela ,les performances attendus par notre robot sont la rapidité dans ses
déplacement et la précision dans son positionnement par rapport à la ligne blanche.
Il existe plusieurs contraintes environnementale que notre robot va rencontrer :
–Il doit suivre une ligne Blanche sur un fond en moquette bleu et d'une épaisseur
de 19 mm.
–Le robot devra contourner des plots sans les faire tomber.
–Toutes interventions extérieures sur le robot après le départ seront interdites.
Tableau récapitulant les fonction du robot.
FONCTION
CRITERES
Gérer un départ
-Mise en marche du moteur après avoir
retiré la prise Jack
Avancer en suivant une ligne blanche
-Éloignement du robot par rapport à la
ligne blanche
Prendre un raccourci
- Repérage du marqueur signalant la
présence d'un raccourci par des capteurs
situé à gauche du robot
- Ralentissement du robot après
traitement de cette information
- Repérage d'une ligne blanche par les
capteurs situé à gauche du robot
- Arrêt du moteur gauche après traitement
de cette information
-Remise en marche du moteur après
repérage du capteur d'une ligne blanche
médiale
Gérer un arrêt
-Arrêt du moteur après contact entre
l'obstacle et le capteur switch
Mode de fonctionnement de la gamelle pour les différents objectif
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Objectif 1 :
Le moteur du robot devra fonctionner après avoir retiré la prise Jack et devra
traverser à la vitesse maximale une zone remplie de confettis blancs et s'arrêter dans
une grande zone uniformément blanche.
Objectif 2 :
Le robot devra réaliser le même objectif expliqué précédemment, mais cette fois ci
grâce une commande issu du micro-controleur. On doit donc programmé la carte
avant.
Objectif 3 :
1
ATTENDRE
Ordre de départ
2
AVANCER
Robot-Suivre ligne Blanche
3
S'arreter
5
Voici le schéma fonctionnelle de notre robot .
II] Les premiers éléments du robot :
Voici les éléments incontournable pour le bon fonctionnement de notre robot :
• Un actionneur est l'organe de la partie opérative qui, recevant un
ordre de la partie commande via un éventuel pré-actionneur,
convertit l'énergie qui lui est fournie en un travail utile à
l'exécution de tâches, éventuellement programmées, d'un système
automatisé .
Dans le cas de notre robot , les actionneurs présents sont les
moteurs à courant continu.
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• Lorsque l’on souhaite traduire une grandeur physique en une autre
grandeur, on fait appel à ce que l’on nomme classiquement «
capteur ». Son rôle est de donner une image interprétable d’un
phénomène physique de manière à pouvoir l’intégrer dans un
processus plus vaste.
Le capteur déjà présent sur le robot est un Micro switch.
• L'interface homme-machine définit, les moyens et outils mis en
œuvre, afin qu'un humain puisse contrôler et communiquer avec
une machine.
La seule interface homme machine disponible sur le robot est la
prise Jack.
Pour l'objectif 1, nous utiliserons comme éléments les capteurs infrarouge
(Émetteur - récepteur) ainsi que deux moteurs à courant continu.
Pour l'Objectif 2 et 3 nous utiliserons des capteurs infrarouges et des capteurs
Micro switch.
Voici la liste des composants nécessaire pour le robot :
✗ Circuit imprimé
✗ Résistances
✗ Potentiomètre
✗ Condensateur
✗ Transistor
✗ LED
✗ Diodes
✗ Relais
✗ Capteur Optique
✗ Vis
✗ Écrou
✗ Batterie
III] Ou est passée la ligne blanche ?
• Discriminer les confettis de la zone blanche pour le premier objectif .
Pour cette objectif , on propose de mettre quatres capteur à l'avant en faisant en
sorte que le robot s'arrête quand les capteurs capte en même temps la zone blanches
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Capteurs
•
Suivre la ligne blanche .
Au départ , le robot est placé au milieu de la ligne blanche de tel sorte que les
capteur du milieu détecte la ligne. Lors d'un virage (par exemple à gauche ) les deux
capteurs de droite ne détectant plus la ligne blanche forcent le moteur gauche à
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ralentir pour remettre le robot au milieu de la ligne blanche .
• Détecter les marqueurs de priorités et de raccourcis sans les confondre avec un
simple croisement .
IV] Les Capteurs :
• Nous souhaitons utiliser pour repérer les confettis les lignes et les zones
blanches, des capteurs optique réfléchis.
Energie
electrique
Toute
matière
Distance
Réflecteur
Capter
Information
Optique
•
Le principe de fonctionnement du capteur optique est d'envoyer un faisceau
lumineux qui est réfléchie ou ne l'est pas par la ligne blanche. Elle nous
délivre donc une information analogique (0-5V) c'est à dire Tout Ou Rien
(TOR).
Capteur choisit : capteurs de type CNY70
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Fonctionnement du capteur :
Faisceau non
réfléchi
Faisceau
réfléchi par la
ligne blanche
• Schéma électrique permettant de les utiliser :
Vs
S
R1
R2
Vr
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Lorsque que le capteur est sur du noir, on doit obtenir à la sortie du montage du
0.
Lorsque que le capteur est sur du blanc on doit obtenir à la sortie du montage
du 1.
• Calcul de la tension afin d'avoir la résistance:
Vr+Vs= Vcc
<=> Ri+1,6= 5 (d'apres Datasheet)
<=> Ri=3,4
<=> R= 3,4/ 0,05
( d'apres Datasheet)
R1=68 Ohm
Vr2+Vt=Vcc
<=> Ri2Vt= 5
<=> R=5/0,004
R2=1250 Ohm
V] TRAITEMENT DE L'INFORMATION
• En binôme, nous avons pour but de concevoir et fabriquer une carte dite de
traitement dans le cadre du premier objectif de la Gamel Trophy, qui plus
est, traverser un champ de confettis (représenter par des bouts de ruban
adhésifs blancs sur une moquette bleue foncée) et s’arrêter dans une zone
uniformément blanche. La Gamel devra démarrer lorsque l’on retirera le
Jack et devra franchir le parcours à la vitesse maximal des 2 moteurs.
• Le binôme associé à la carte Capteurs ayant pris la décision de mettre deux
Capteurs CNY70 au robot, nous avons donc travaillé sur cette base.
En conformité avec le cahier des charges, le départ est donné lorsqu’on retire la
prise Jack du robot.
Le jack fait donc office de simple interrupteur avec deux états : Ouvert ou Fermé.
Nous avons décidé que le signal sera à l’état Haut, lorsque le Jack sera retiré, une
résistance dite de Pull Up (ou Tirage) est donc nécessaire.
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Résistance de Pull Up
La carte que nous devons produire devra être constituée de portes logiques,
nous avons dû dégager une équation logique, adaptée au besoin, qui est de franchir le
parcours de confettis.
Nous étions donc amenés à élaborer une table de vérité avec les différentes entrées
(Le Micro-Switch n’étant pas pris en compte) :
 Prise Jack : à l’état logique « 1 » lorsqu’il est retiré
 Capteur 1 : à l’état logique « 1 » lorsqu’il détecte du Blanc (le ruban adhésif) et
à l’état logique « 0» lorsqu’il détecte du noir (la moquette)
 Capteur 2 : à l’état logique « 1 » lorsqu’il détecte du Blanc (le ruban adhésif) et
à l’état logique « 0» lorsqu’il détecte du noir (la moquette)
Voici notre raisonnement quant au bon fonctionnement de la Gamel pour remplir le
premier objectif :
 On alimente les moteurs si et seulement si la Prise Jack est retirée, donc à l’état
« 1 ».
 Les moteurs sont alimentés tant qu’au moins un des deux capteurs détecte de la
moquette.
 On coupe l’alimentation des moteurs, lorsque les deux Capteur détectent du
blanc, donc lorsque les deux Capteurs sont à l’état logique « 1 »
Prise Jack
0
0
0
0
1
1
1
1
Capteur 1
0
0
1
1
0
0
1
1
Capteur 2
0
1
0
1
0
1
0
1
Sortie
0
0
0
0
1
1
1
0
L’équation « S » de sortie correspondant est :
S = Jack./(Capteur1.Capteur2)
Logigramme pour la commande du robot, parties confettis
J
&
C1
C2
&
/(C1.C2)
12
&
/J.(C1.C2)
J./(C1.C2)
Nous entrons à présent dans la conception de la carte traitement. C’est à partir
de ce logiciel que nous aurons notre carte définitive. Ce travail se sépare en deux
parties.
Partie schématique : c’est ici que commence l’élaboration de notre carte. En effet, à
partir d’une librairie préétablie de composants, nous devons choisir ceux que nous
utiliserons. Après placement, et avoir créé la bonne cohésion entre eux en les reliant
intelligemment, cela nous donne le schéma suivant :
Partie PCB : c’est ici où nous allons allouer les places définitives des
composants sur le circuit imprimé, de telle manière à occuper le moins de place
possible. C’est également à ce moment où nous allons créer les pistes pour relier les
composants entre eux, appelé Routage.
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VI] Les Moteurs :
Notre GAMEL est équipé de deux MCC qui sont reliés aux roues pour que la
gamel puisse avancer et d’une batterie.
Pour assurer le bon fonctionnement du GAMEL nous avons étudiés les
caractéristiques électromécaniques et formules électriques du MCC pour la variation
de vitesse, et Celle-ci est modifiable grâce au valeur tension-courant, le courant fait
varier le couple électromagnétique qui fait varier la vitesse.
Schéma très important du rotor :
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E=f.e.m :force électromotrice
Ur :tension appliqué à la résistance (R)
U :tension d'alimentation
I :courant
D’après la loi d’ohm U=E+RI
•
•
•
•
Moteur a courant continu classique
composé d'un rotor (induit) et d'un stator
(Inducteur)
le stator est un aimant permanent qui crée le champ magnétique qui est
constant .
Quand un courant traverse les conducteurs de l'induit on a :
Conducteur soumis a la force de Laplace
Rotation du rotor
Énergie électrique transformé en énergie mécaniques
La batterie fournie pour notre robot délivre une tension de 12V.
Montages.
Pour alimenter les MCC nous avons opté pour une montage tout ou rien car il
est peu onéreux et adapté pour notre projet ,il est composé de diode de commutation
d'un transistor MOS à commande logique(IRL510) pour les deux roues ; Nous avons
ajouté une résistance pour que le transistor ne se déclenche pas trop vite et nous
avons estimé qu'une valeur de 100 ohms serait convenable car le courant est limité à
au moins 50 mA.
Le transistor va permettre de contrôler le moteur grâce à une sortie de la carte
traitement Vgs. Quand VGS est a 5 V, le transistor va se fermer et laisser passer le
courant dans le moteur et ainsi créer le mouvement du robot. Quand VGS est à 0 V, le
transistor bloque le courant et ainsi le moteur s’arrête petit a petit grâce à la diode dite
« roue libre » ainsi ca évite la détérioration du MCC.
Mcc
Vak 12v
Resistance 100 ohms
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Diode de redressement
Création de la carte puissance :
Ici nous avons créé le câblage pour les MCC dans « schématique » sur Altium, il nous
a fallu prendre en compte le bus de données, batterie branchement des MCC ainsi
que les valeurs des résistances
Condensateur et les modèles de diode et transistors
Finalement on a créé le PCB, Après avoir placé les composants et avoir router la
carte, le PCB suivant a été créé :
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V)Programmation.
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• ce qui est fait et reste à faire :
Nous avons terminé la carte capteur , la carte traitement et la carte puissance
grâce au logiciel Altium et nous avons soudé les composants dans ces cartes. Il nous
reste donc à vérifier le bon fonctionnement de nos cartes grâce à l'oscilloscope .
Conclusion
Pour conclure, nous avons essayé de repartir efficacement les taches selon nos
objectifs, afin de gagner du temps. A ce stade du projet, nous sommes confiants pour
la suite, c'est à dire programmer la carte micro-contrôleur, et placer les moteurs dans
la gamelle, afin de faire fonctionner notre robot.
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