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Projet Personnel Encadré ROBOT SUIVEUR DE LIGNE Année 2006-2007 Groupe 6 BONNAV

Projet Personnel Encadré ROBOT SUIVEUR DE LIGNE Année 2006-2007 Groupe 6 BONNAVENT Marion CORNAND Benoit COTTAZ Jérémy DESPRES Stéphanie REMERCIEMENTS Nous souhaitons remercier les personnes qui nous ont aidés et soutenues tout au long de l’année à la concrétisation de notre projet : - nos professeurs de Sciences de l'Ingénieur, M. Jean-François BERTHA (professeur de Génie Mécanique) et M. Jean-Pierre BURGHARDT (professeur de Génie Electronique), pour leurs disponibilités et leurs explications fournies. - les relations extérieures au lycée qui ont su nous apporter des renseignements et des précisions. - aux documentalistes du lycée pour leur coopération. - au lycée La Martinière Monplaisir pour ses nombreuses structures informatiques et technologiques. SOMMAIRE INTRODUCTION ........................................................................................................................................page 1 PLANNING PRÉVISIONNEL ......................................................................................................................... page 2 1. ANALYSE FONCTIONNELLE......................................................................................................................page 3 1.1. Expression fonctionnelle du besoin .......................................................................................page 4 1.3. Algorigramme .........................................................................................................................page 4 1.4. F.A.S.T ...................................................................................................................................page 6 2. ETUDE ÉLECTRONIQUE ..........................................................................................................................page 7 2.1. Microcontrôleur : Pic Basic ....................................................................................................page 8 2.2. Capteurs ................................................................................................................................page 9 2.3. Conception des cartes électroniques................................................................................... page 10 3. ETUDE MÉCANIQUE ........................................................................................................................... page 14 3.1. Motoréducteur ..................................................................................................................... page 15 3.2. Calculs Mécaniques et Conception .................................................................................... page 16 3.4. Etablissement du Bon de Commande ............................................................................... page 18 CONCLUSION ...................................................................................................................................... page 19 GLOSSAIRE ........................................................................................................................................ page 20 BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................................... page 20 SCHÉMAS ET MODÉLISATIONS ............................................................................................................... Annexes INTRODUCTION Thème : LA ROBOTIQUE Sous thème : LE ROBOT « SUIVEUR DE LIGNE » Problématique : COMMENT PEUT-ON FAIRE ÉVOLUER UN SYSTÈME DE FAÇON AUTONOME SUR UN PARCOURS PRÉÉTABLI ? C’est à l’issue de l’année de Première Ssi, avec les TPE, (Travaux personnels encadrés), que se sont déroulés dès la rentrée 2007 en classe de terminale Ssi les PPE (projet personnel encadré). Le projet, mené en classe de première, par deux membres du groupe (Mlles BONNAVENT Marion et DESPRÈS Stéphanie) fut récupéré, réétudié et modifié par ces dernières, mais également par deux autres élèves de Terminale Ssi (M. CORNAND Benoît et M. COTTAZ Jérémy). Une réalisation qui a transformé un « robot détecteur d’obstacles » en un « robot suiveur de ligne », pour ainsi répondre à la problématique : Comment peut-on faire évoluer un système de façon autonome sur un parcours préétabli ? Ce projet a permis aux membres du groupe d’appliquer au mieux leurs acquis en SI (sciences de l’ingénieur) puisque c’est l’unique discipline dans laquelle il est possible de développer ces PPE. Le robot « suiveur de ligne » a été le projet capable de nous faire étudier, réaliser et mettre au point un équipement robotisé sur les aspects mécanique, électrique et informatique, tous constitutifs des sciences de l’ingénieur. L’objectif a été de fabriquer un robot « suiveur de ligne » qui fonctionne en respectant les contraintes imposées par le cahier des charges fonctionnelles. Pour arriver à cette finalité, dans un premier temps, nous avons entrepris une analyse fonctionnelle, puis des études mécanique et électrique simultanément, pour finalement aboutir sur la conception d’un prototype. PPE 1 PLANNING PRÉVISIONNEL 5 novembre : - Acquisition du cahier des charges (4 membres) - Répartition des tâches : planning prévisionnel (4 membres) 12 novembre : - Reprise de l’analyse fonctionnelle (4 membres) - Nouvelle répartition des tâches (4 membres) 19 novembre : - Recherche : capteur et PIC BASIC (Bonnavent - Cornand) - Recherche : moteur et calculs mécaniques (Cottaz - Despres) 26 novembre : - Choix des capteurs et PIC BASIC (Bonnavent – Cornand) - Choix des moteurs (Cottaz - Despres) 1er décembre : - Conception de la carte électronique - Dimensionnement du moteur 8 décembre : - Présentation orale - Conception du schéma global de la carte électronique - Choix final du moto-réducteur 15 décembre : - Choix des composants de la carte électronique - Conception du châssis 22 décembre : - Conception et modélisation MULTISIM de la carte électronique - Conception et modélisation SOLIDWORKS du châssis - Rédaction du bon de commande 5 janvier : - Séparation de la carte électronique en plusieurs cartes - Conception et modélisation du système de réglage des capteurs 12 janvier : - Programmation du PIC BASIC - Réalisation des typons - Mise en plan du châssis 17 janvier : - Programmation du PIC BASIC et réalisation des typons - Modélisation du robot 22 janvier : - Bilan et réalisation. PPE 2 ANALYSE FONCTIONNELLE PPE 3 1.1. EXPRESSION FONCTIONNELLE DU BESOIN Voici une manière simple de lire ce diagramme ; il répond à trois questions : - A qui le produit rend-il service ? Le produit rend service à l’utilisateur - Sur quoi agit le produit ? Le produit agit sur le trajet qu’il doit parcourir en suivant la ligne noire. - Dans quel but ? Dans le but de suivre un parcours préétabli de façon autonome 1.2. ALGORIGRAMME L’Algorigramme (ou organigramme) est un diagramme qui se lit à différents niveaux. Ici, le système est abordé de deux points de vue différents. Le diagramme est une suite de directives composées d’actions et de décisions qui doivent être exécutées selon un enchaînement strict pour réaliser une tache (appelée : séquence). PPE 4 Utilisateur Trajet Robot Suiveur de ligne Suivre un parcours préétabli de façon autonome 2.1.1Analyse générale 2.1.2Analyse détaillée PPE 5 Initialisation Avancer en ligne droite Avancer à gauche Détection d’une ligne à gauche Détection d’une ligne à droite Avancer à droite Initialisation Alimenter les deux moteurs simultanément Arrêter le moteur gauche Photo- transist or Photo- transistor droit Arrêter le moteur droit PPE 6 F.A.S.T. Déplacer un mobile (F.P.1) Se déplacer (F.S 1.1) Déplacer roue droite Pile 3V Motoréducteur Relais et transistors Axes et roues Déplacer roue gauche Pile 3V Relais et transistors Motoréducteur Axes avec roues Suivre la ligne Détecter la ligne Pile 9V et régulateur de tension de 9V en 5V Emetteur/Récepteur infrarouge Microcontrôleur Carte d’interface Communiquer Traiter Alimenter Distribuer Convertir Transmettre Alimenter Distribuer Convertir Transmettre Alimenter Acquérir ETUDE ELECTRONIQUE PPE 7 2.1. LE MICROCONTRÔLEUR 2.1.1Développement du programme et mise au point L'écriture du programme ainsi que sa mise au point doivent suivre le diagramme suivant : 2.1.2Choix du PICBASIC-1S Le microcontrôleur du robot suiveur de ligne sera un PICBASIC-1S. Ses caractéristiques, présentées dans le tableau ci-dessus, correspondent au mieux à nos attentes : Les autres caractéristiques à respecter tels que la température de fonctionnement, la consommation typique ou le courant maximum typique seront à prendre en compte soit dans les conditions de PPE 8 Assemblage ou compilation Simulation ou Emulation Programmation Essai Edition Saisie du programme en langage assembleur ou évolué Traduction du langage assembleur ou évolué en code machine Vérification du fonctionnement du programme avec : - soit un logiciel simulant le microcontrôleur ; - soit une carte électronique, connectée à un PC et pilotée par un logiciel, fonctionnant comme le microcontrôleur Remplissage de la mémoire programme avec le programme en code machine Vérification réelle du fonctionnement Caractéristiques Réponses aux attentes 2Ko de mémoire programmable Entièrement suffisant pour le programme qui y sera inséré car ce dernier comporte peu d’instruction. 16 Entrées / Sorties Adapté et même supérieur au nombre d’entrées / sorties nécessaires : 2 entrées pour les capteurs infrarouges et 2 sorties pour les deux pré- actionneurs des moteurs) Rapidité : 1000 codes traités / s Correct pour assurer une réponse rapide entre l’acquisition de l’information de sortie de trajectoire et la correction de celle-ci Plage d’alimentation : 4,5 à 5,5 Vcc Adaptée car l’énergie pour l’alimenter pourra être fournie par l’intermédiaire d’une pile 9V et d’un pont diviseur de tension Prix unitaire : 24 € TTC Prix modéré rentrant dans les exigences du cahier des charges et bon rapport prix / performance Dimensions 53.9 x 25.0 x 7.80 mm Facilement implantable sur carte électronique fonctionnement soit dans la conception de la carte électronique mais n’entreront pas en compte dans le choix du type de PICBASIC car ces caractéristiques sont plus ou moins identiques selon les modèles. 2.2. LES CAPTEURS : ACQUÉRIR L’INFORMATION 2.2.1 Principe de fonctionnement du capteur infrarouge Les deux capteurs utilisés seront à la fois émetteurs et récepteurs de rayons infrarouges. De manière simplifiée, ils transforment l’intensité des ondes infrarouges reçues en une tension proportionnelle à celle-ci. Cette émission de rayons infrarouges est invisible à l’œil humain car la longueur d’ondes λ, qui différencie les multiples radiations, est inférieure à 800 nanomètres (nm) or, le spectre visible par l’Homme est l’intervalle : 400 nm < λ < 800 nm. Ce type de capteurs détecte soit : - une couleur claire : l’extérieur de la ligne (la couleur du contreplaqué), dans ce cas les infrarouges émis seront presque en intégralité réfléchis donc la tension en sortie du capteur sera élevée. - une couleur foncée : la ligne à détecter, dans ce cas les infrarouges émis ne seront pas réfléchis ou presque donc la tension en sortie sera faible. NON PRÉSENCE DE LIGNE PRÉSENCE DE LIGNE La variation de cette tension VCE, comparée ensuite grâce un amplificateur opérationnel, puis analysée par un microcontrôleur permettra au robot de connaître sa position par rapport à la ligne suivie, donc par rapport au trajet prédéterminé qu’il doit suivre, imposé par le Cahier des Charges. PPE 9 Capteur au-dessus de l’aggloméré Le support, de part uploads/Ingenierie_Lourd/ dossier-ppe-robot-suiveur-de-ligne.pdf