RobotGEII

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RobotGEII 16-17

Présentation

Présentation du projet

Chaque année la France organise un concours robotique des GEII. Et ce concours exige un cahier des charges à respecter.L'objectif est de fabriquer un robot à partir des kits imposer: comprenant le châssis, les moteurs, les roues et la batterie.Ce robot doit être capable d'envoyer un maximum de balles de tennis dans le camp adverse,sans entrer dans le camp adverse et sans jamais contrôler plus d’une balle à la fois

Cahier des charges fonctionnel

Schéma fonctionnel I :

Schéma fonctionnel.png




Schéma fonctionnel II :

Schéma fonctionnel 2.png

Solutions techniques

Pour construire le robot nous avons une batterie fourni pour les moteurs ce que lui permet d'être autonome. Ainsi deux caméras est placés sur le robot l'une est placée devant et l'autre derrière,elles sont capable de faire de la reconnaissance de couleurs et par extension de la reconnaissance d'objets. On s'est servi aussi a des servomoteurs pour faire bouger les bras.


Etude et Réalisation des Differentes Parties

Alimentation et Régulation

Batterie

La batterie est imposée :

Tension 12 V
Capacité 7 Ah
Batterie

Moteurs de roues

Les moteurs sont imposés.

  • Caracteristique du moteur:
Marque Dunkermotoren G 42*25
Tension 15V
In 1.45 A
Ifm 10.9A
Rpm 3300 tr/mn


Régulation de la tension d'alimentation

  • Les besoins :


Pour Arduino MEGA:
Caractéristiques techniques :

Operating Voltage 5V
Input Voltage (recommended) 7-12V
Input Voltage (limit) 6-20V
Total output current MAX 800mA

On constate qu'il est possible d'alimenter la carte Arduino MEGA directement avec la tension de la batterie ( 12.8V chargée).
Ce n'est toutefois pas recommandé, car le régulateur intégré dans l'Arduino chaufferait, ce qui pourrait endommager le microcontrôleur.

Solutions Alimentation Arduino MEGA:

  1. Tension d'alimentation inférieure à 12 V
  2. Tension régulé de 5V qu'on fait venir directement sur les pattes VCC d'Arduino:

Le courant maximum requis: 800mA


Pour les Moteurs de Roues :

  1. Tension maximum requise: 15V
  2. Courant maximum requis: 3.2A

Contrôle des moteurs CC par un dual H-Bridge (L298P)

Principe de fonctionnement d'un H-Bridge (PONT-H)

Le pont-H est une structure utilisée en électronique de puissance pour:

  1. controle moteurs
  2. convertisseurs et hacheurs
  3. onduleurs


  • Principe: On active les commutateurs avec differents cominaisons pour obtenir le branchement voulu. Le courant va circuler dans un sens ou dans l'autre dans le moteur, ce qui va permettre d'inverser les sens de rotation du moteur. Avec le pont-H on peut également varier la vitesse en modulant la tension aux bornes du moteur.
Principe Pont-H
Freinage Magnétique

Combinaisons de commutateurs possibles pour commander un moteur DC:

Sens + Fermer A et D
Sens - Fermer B et C
Freinage magnétique A et C / B et D
Arret libre A,B,C,D ouverts
Autres combinaison INTERDITES

Le composant L298N


Nous allons utiliser pour notre robot le composant L298N (traversant) qui a le meme principe de fonctionement que celui en CMS (L298P).Dans la figure suivante on peux voir le cablage du composant, les signaux de commande et les sorties d'alimentation MOTEUR. Dans le tableau nous avons les 4 modes possibles en actionnant les entrées logique C et D ainsi que Venable (PWM) pour varier la tension d'alimentation des moteurs (0-12V).

Operating L298N

Positionnement du robot: Explication du principe

Repérage du robot par la balise

le robot est dirigé selon le type d'information transmis par la Caméra Pixy puisqu'elle est positionné sur le dos du robot afin de détecter la balise qui nous permet de savoir la différence entre l'angle de sa position actuel et l'angle initial défini au tout début de son lancement , et cela nous permet automatiquement de gérer sa direction vers le bon sens du terrain ,par conséquent on utilise une deuxième caméra Pixy dans l'autre face et cette dernière nous permet de le diriger vers les balles de tennis présente dans son camp , ces derniers sont détecté par la Pixy grâce a leurs couleurs jaune est unique dans tout le terrain .

Estimation de la position du robot

Etude et Réalisation Carte Encodeurs

  • CAPTEUR TCUT 1300. Nous allons utiliser ce capteur il nous permettra d'avoir le sens et la vitesse de chaque roue.

The TCUT1300X01 is a compact transmissive sensor that includes an infrared emitter and two phototransistor detectors, located face-to-face in a surface mount package.

Tcut1300.PNG
TCUT1300 1.PNG


Caracteristiques Tcut 1300.PNG









Detection des balles de tennis

Caméra

Choix camera

Nous avons testé 3 cameras différentes, la PiCam, la CMUCam3 et la CMUCam5 Pixy

Coté Recto
Coté Verso


Nous avons choisi d'utiliser la CMUCam 5 http:.. site CMU cam 5 car elle est beaucoup plus simple d'utilisation que les deux autres. En effet, celle ci dispose d'une interface dre réglage, PixyMon, lui permettant d'enregistrer les signatures des objets à détecter, et de régler l'acquisition pour restreindre la détection à ces signatures précises. De plus, celle ci dispose d'un support mû par des servomoteurs permettant d'élargir son champ de vision.

Camera CMU cam 5

Tout d’abord nous avons réalisé une simple reconnaissance d'objet grâce au logiciel, il suffit pour cela de sélectionner l'objet en question via une interface, Pixymon. Nous avons ensuite choisi d'utiliser une balise lumineuse pour que la camera la repère le plus loin possible. balise test.



Grâce à cette balise nous avons pu déterminer la distance maximale de détection avec une balise de taille réglementaire. Nous avons ainsi déterminé que la balise était capable d'effectuer une détection à approximativement 6m.

Programme de gestion du cap

Nous avons réalisé un programme permettant de récupérer la position en X d'un objet par rapport à la caméra


Cette fonction a été testée avec le main suivant


Il est nécessaire d'appeler les bibliothèques SPI.h et Pixy.h, et de déclarer et d'initialiser Pixy dans le setup. Ceprogramme ne permet cepandant pas l'usage des servomoteurs, limitant le champ de vision.

Fonctionnement Du MOTEUR PAS A PAS

Pas a pas 1.png
Pas a pas 2.png
Board Carte MOTEUR PAS A PAS
Schématique Carte MOTEUR PAS A PAS
Emplacement du MOTEUR PAS A PAS sur le ROBOT

Mise à l’arrêt du robot et le perçage du ballon

La mise à l’arrêt du robot et le perçage du ballon doivent avoir lieu simultanément. Cela doit se produire quand le robot est arrivé dans le coin opposé.


Capteur de "Mise à l’arrêt" du robot

Pour se diriger vers le bon coin, le robot est guidé par les roues codeuses et par la caméra qui suit la couleur jaune des balles de tennis présente dans son camp. Maintenant qu'il est guidé dans la bonne direction, nous devons procéder à une mise à l’arrêt rapide des qu il franchi le camp adverse en détectant la ligne noir qui sépare ces deux dernières à l'aide du CNY70 qui nous permettra d’arrêter le robot afin qu'il effectue un retour en arrière pour chercher les autres balles présentent dans son camp .

Principe.PNG


  • Le capteur CNY70 :

Nous pourrons utiliser ce capteur infrarouge pour détecter la couleur du sol.


CNY 70.PNG
Sd.PNG





  • Schéma et dimensionement des composants


Emetteur: If = 20mA (Vf = 1.15V), Re = (5V-Vf)/If = 195 ohm.

Collecteur: Ic = 0.5mA (pour If = 20mA, Vce = 5V, d = 2mm), Rc = Vce /Ic = 10 kohm.

Nous devons obtenir les signaux correspondents:

Sol noir/surface non reflechissante env 0 V
Sol bleu env 3 V
Sol blanc/surface bien reflechissante env 5 V
  • Schéma électrique, routage en Eagle et fabrication de la carte


Schématique CNY70
Coté TOP
Board CNY70
Coté BOTTOM
















Système "Perçage du Ballon"

le perçage du ballon est assuré par un dispositif de générateur d'arc électrique. il fournit une tension de 10000V par cm. Ce dispositif est accroché a bras du robot et on a fait de tel sorte que,quand il touche le ballon il fait un arc électrique entrainant ainsi son explosion

  • La partie mécanique

Grace au logiciel freecad on a pu construire le chassis en 3D. Et aprés avoir imprimer en 3D les matériels c'est à nous d'en faire l'assemblage pour former un robot



Perçage 1.png

Système de Contrôle et Lancer du Ballon (Tennis)

Réservoir
Partie III
Partie I
Partie II
PREHENSION BALLE
Vérin monté sur le ROBOT
Liaison des trois parties












Réalisation Carte des "Entrées et Sorties" et du Pont H


Objectifs et Composants utilisés )

  • Objectif: concevoir une carte compacte qui va héberger le composant L298N pour le contrôle des moteurs ainsi que toutes les entrées et les sorties.La carte devra s’emboîter sur la carte Arduino MEGA.


Les Entrées Les Sorties
Alimentation (5V) Moteur Gauche
Alimentation moteurs (12V) Moteur Droit
Couleur des lignes du Sol CNY70 Commande Arrêt Robot
Camera (CMUCam 5)
Présence Objet SHARP Détection de l'objet(Balle tennis)
PWM Moteurs
Sens rotation Moteurs


  • Références des composants utilisés:
Qté Nom Référence Eagle
1 Dual H-Bridge L298n
1 Radiateur pour L298n
4 Résistance 1 ohm package 207/10
8 Diode 1N4004
2 Condensateur E 1.8-4 package 100nF
1 Connecteur ISP AVR-ISP-6
1 Connecteur Farnell 6 pins CMS
6 Connecteur Molex 2 pins 22-27-2021-02 traversant
3 Connecteur Molex 3 pins 22-27-2031-03 traversant


Schéma électrique de la carte (Eagle)

Schéma Complet

Routage et correspondance des pins (Eagle)

Schéma Complet

La commande des Moteurs de Roues (L298n H-Bridge)

Les signaux d'entrée et de sortie

La carte finale et les connecteurs

Figure 1 La Carte Principal









Figure 2 Forme Final du Robot



Problèmes rencontrés:

a remplir

  1. après la fabrication de la carte
  2. après avoir soudé tous les composants

De même se servir toujours de l'oscilloscope pour visualiser les différents signaux en temps réel.

Code complet

Pour gérer les différents fonctionalités du robot nous avons utilisé le code suivant:


Vidéo de Démonstration