Cahier des charges d`un robot

Mini-projet 2005
Robot d’exploration autonome
Mise en situation
Au cours des siècles, afin de se libérer de tâches difficiles, dangereuses ou fastidieuses
l’homme a créé des machines pour l’aider et plus récemment des robots pour le remplacer.
Nous nous plaçons dans le contexte d’un milieu industriel hostile à explorer à l’aide
d’instruments de mesure. Ces instruments seront embarqués sur des chariots autonomes qui
évolueront sans s’arrêter, de manière aléatoire, afin de collecter des informations.
Ces informations seront transmises et exploitées dans un lieu sécurisé.
Dans le local à explorer, la multiplication des robots permet de diversifier les mesures. On
parlera d’exploration en essaim.
Nous voulons, dans ce projet, concevoir et réaliser un prototype simple d’un robot capable
de recevoir des instruments de mesure et de se déplacer de manière autonome, de contourner
les obstacles éventuels et de reprendre sa course tant qu’il a de l’énergie.
Cahier des charges d’un robot

C’est un document qui décrit en terme de fonctions, d'aptitudes de qualité ce que l'on attend
d'un produit.
Le robot roule sur une surface plane, dure et horizontale.
Encombrement maximum l 160* L 200* h75 (mm)
Il doit pouvoir recevoir des instruments de mesure de taille convenable
Il doit être capable d’éviter les obstacles d’une hauteur > 55 mm et de reprendre une course
rectiligne
Il est mis en marche à l’extérieur du local et il doit se déplacer de manière autonome une fois
qu’il a été introduit dans le local à explorer.
Les éléments suivants sont imposés :
 Alimentation par pile 9V
 La motricité de chaque roue est assurée par 1 moteur réducteur 20G150
 Les obstacles sont détectés par 2 microrupteurs grand levier
 2 roues diamètre 73mm
Mini-projet 2004-2005 en seconde ISI
Diagramme d’activité

Voir synthèse FS1
Pile 9V
Instruments de
mesure
M/A
A
Recevoir des instruments
Se déplacer sans s’arrêter
Robot d’exploration
Type de matière d’œuvre : produit
Type de valeur ajoutée : déplacement
Mini-projet 2004-2005 en seconde ISI
instruments de
mesure déplacés
dans un local
Expression des fonctions de service : Diagramme des
interacteurs

Voir synthèse FS2
Instruments de mesure
Volume du Local
FP1
C4
Utilisateur
C5
Sol du local
C1
Robot
C3
C2
Energie
Obstacles présent dans le local
FP1
Recevoir et Déplacer des instruments de mesure
C1
Se déplacer sur un sol plan, dur et régulier
C2
Contourner les obstacles d’une h >55mm
C3
Etre autonome
C4
Etre d’un encombrement < l 160* L 200* h75 (mm)
C5
Recevoir un ordre « marche » « Arrêt »
Mini-projet 2004-2005 en seconde ISI
Expression des fonctions techniques : Diagramme FAST

Voir synthèse FS3
‘présentation « power point »
Fonction de
service
FP1
Recevoir et
Déplacer les
instruments
Solution
techniques
Fonction
techniques
Plate-forme
plane
FT1
Supporter des
instruments
FT2
Entraîner le
robot en
translation
FT21
Transformer une
énergie électrique en
énergie mécanique de
rotation
FT22
Adapter la
vitesse
Réducteur
FT23
Transmettre le
mouvement
de rotation
Accouplement
moteur/axe
FT24
Transformer le
mouvement de rotation
en mouvement de
translation
FT3
Commander le
déplacement du
robot
FT31
Commuter/couper
l’alimentation
électrique
FT32
Imposer le sens de
déplacement du
robot
Mini-projet 2004-2005 en seconde ISI
Moteur
Roues +
Axes
commutateur
Relais +
NE555
Fonction de
service
Fonction
techniques
C1
Se déplacer sur
un sol plan dur
et horizontal
C11
Avancer
Reculer en
ligne droite
C12
Assurer la
stabilité du
chariot
C13
Relier les composants
du chariot
C2
Contourner
les obstacles
C3
Etre autonome
C4
Etre d’un
encombrement
limité
C5
Recevoir un
ordre
Solution
techniques
2 roues
C121
Ajouter 1 point
d’appui
1contact
Châssis et
éléments
d’assemblage
C21
Détecter les
obstacles
Microrupteur
grand levier
C22
Traiter
l’information
Carte
électronique
C31
2 boitiers de
4,5v
Assurer la tension
nécessaire en
autonomie pour les
récepteurs électriques
C41
Optimiser la
situation des
composants
C51
Recevoir une
action
manuelle
Mini-projet 2004-2005 en seconde ISI
Châssis +
composants
Commutateur
Consignes de fonctionnement de chaque équipe
Dans la classe 2 équipes
Chaque équipe réalisera 1 robot
Une équipe comporte 2 groupes : « chaîne d’énergie » et « chaîne d’information »
Le matériel
Pour créer des documents :
5 postes informatiques
logiciel INVENTOR
logiciel AUTOMATION
logiciels WORD – WORD – POWER POINT
Pour aider à la recherche
Documents d’aide de progression fournis au fil du projet
Fiches de synthèse de l’année
Mode d’emploi des logiciels sur les PC
INTERNET
Pour collecter le travail fourni et le matériel :
1 boîte par équipe
1 chemise par groupe
Le rôle de chacun dans un groupe:
Les rôles de chacun sont multiples et variables au cours de la séance, toute personne pourra
être :
 rapporteur du groupe, il tient le journal des activités et relate,
le problème à résoudre
la tâche de chacun
les difficultés rencontrées
conclue sur le travail effectué et le travail à faire par la suite
 chargé de communication, il fait circuler l’information dans le groupe et
communique avec son homologue de l’autre groupe ;
 personne en recherche sur table
 personne en recherche sur PC
 coordinateur de groupe
A l’issue de la séance chaque équipe rendra compte



Documents créés : les joindre dans la chemise
Fichiers créés : citer les références
Fabrication : dans la boîte
Mini-projet 2004-2005 en seconde ISI
Etapes de recherche du groupe « chaîne d’information »
Comprendre le cahier des charges
Compléter l’actigramme de la chaîne d’information
Sur INTERNET faire une recherche générale sur les robots
Etablir les GRAFCET de fonctionnement
Etablir les différentes solutions pour faire tourner le robot
A partir des solutions déduire le GRAFCET
Dans la solution choisie déduire le chronogramme des moteurs
Analyser le schéma de commande
Analyser le schéma de puissance
Simulation sur AUTOMATION
Sur INTERNET prise de connaissance des caractéristiques du matériel choisi
Faire un schéma de l’implantation des différents éléments sur la carte électronique
Simulation sur plaque LAB
Soudure des relais sur la carte électronique
Soudure des différents éléments sur la carte électronique
Rechercher le coût des éléments choisis – Déduire le coût du projet
En fonction des caractéristiques des différents éléments du chariot, chercher la vitesse
théorique du chariot
Etablir un processus de mesure de la vitesse réelle du chariot
Comparer les résultats
Si possible : Rechercher sur INTERNET une « histoire des robots »
Au vu de la réalisation quelles pourraient être les améliorations à apporter au chariot
Mini-projet 2004-2005 en seconde ISI
Etapes de recherche du groupe « chaîne d’énergie »
Comprendre le cahier des charges
Compléter l’actigramme de la chaîne d’énergie
Sur INTERNET prise de connaissance des caractéristiques du matériel choisi
Etudier la liaison « axe – roue »
Etudier la liaison « axe – moteur »
Etude de la géométrie du 3ième point d’appui, relation avec le centre de gravité
Dessiner l’esquisse du chariot
Réaliser une maquette papier du châssis
Modeler sur INVENTOR le châssis
Sur INVENTOR monter les différents éléments sur le châssis
Etudier la fixation de chacun des éléments sur le châssis
Rechercher le coût des éléments choisis – Déduire le coût du projet
Réalisation effective du châssis : découper, plier, percer la plaque – Fixer les différents
éléments
En fonction des caractéristiques des différents éléments du chariot, chercher la vitesse
théorique du chariot
Etablir un processus de mesure de la vitesse réelle du chariot
Comparer les résultats
Au vu de la réalisation quelles pourraient être les améliorations à apporter au chariot
Si possible : Rechercher sur INTERNET une « histoire des robots »
Mini-projet 2004-2005 en seconde ISI