COUPE ROBOTIQUE DES IUT

De troyesGEII
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RobotGEII 16-17

                                               Sommaire:          
  1. Présentation
    • Présentation du projet
    • Cahier des charges fonctionnel
    • Solution techniques
  2. Étude et Réalisation des Différentes Parties
    • Alimentation et Régulation
      • Batterie
      • Moteurs de roues
      • Régulation de la tension d'alimentation
    • Contrôle des moteurs CC par un dual H-Bridge (L298P)
      • Principe de fonctionnement d'un H-Bridge (PONT-H)
      • Le composant L298N
      • Tests effectués avec un SHIELD Arduino (L298P)
      • Mode PWM
    • Positionnement du robot :Explication du principe
      • Approximation par des segments de droites
    • Estimation de la position du robot
      • Étude et Réalisation Carte Encodeurs
      • Roue codeuse
      • Valeur reçu par les capteurs
      • Interruption et timer
      • suivons une ligne droite
      • suivons une consigne
    • Détection de balles de tennis
    • Caméra
      • Choix Caméra
      • Caméra CMU cam 5
      • Programme de gestion du cap
    • Mise à l’arrêt du robot et le perçage du ballon
      • Capteur de "Mise à l’arrêt" du robot
      • Système "perçage du ballon"
    • Réalisation Carte des "Entrées et Sorties" et du pont H
      • Objectifs et Composants utilisés
      • Schéma électrique de la carte (Eagle)
      • Routage et Correspondance des pins (Eagle)
      • La commande des Moteurs de Roues(L298N H-Bridge)
      • Les signaux d'entrée et de sortie
      • La carte final et les connecteurs
      • Problèmes rencontrés :
  3. Code complet
  4. Vidéo de Démonstration
  5. Bibliographie/références

Présentation

Présentation du projet

Ce projet consiste à réaliser un robot pour participer à la coupe de robotique des GEII.Pour fabriquer ce robot nous devons respecter un cahier des charges défini par le : http:(...) Le principe de ce concours est d'aller le plus rapidement possible d'un coin à l'autre d'une arène carrée de 8 mètres de coté, tout en esquivant les obstacles jonchant le parcours et les autres robots. Une fois arrivé, le robot doit percer un ballon qui lui est attaché en début de course.

Cahier des charges fonctionnel

Schéma fonctionnel de degré II




Schéma fonctionnelle 1er degres


Solutions techniques

Pour fabriquer ce robot nous avions plusieurs choix pour procéder à la détection des balles de tennis ainsi que le contrôle et direction du robot vers la ligne noir ... , ainsi qu'au guidage vers la zone du ballon . Nous avons choisi pour guider le robot un système hybride composé de roues codeuses et d'une caméra CMUCam Pixy, spécialisée dans la reconnaissance d'objets. La roue codeuse permettra d'effectuer le début du parcours, et sera remplacée par la caméra, plus précise, une fois la distance de détection atteinte. L'évitement des obstacles sera assuré par trois capteurs infrarouges SHARP GP2Y0A21YK0F, permettant la détection d'objets jusqu'à 80 centimètres de distance, qui, placés à l'avant du robot, permettront l'esquive si un obstacle est rencontré.

Etude et Réalisation des Differentes Parties

Alimentation et Régulation

Batterie

La batterie est imposée :

Tension 12 V
Capacité 7 Ah



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
  • Tests en conditions réeles sur les moteurs montés sur le robot ( U=12V ) :
Résistance électrique 4 ohm
Courant à vide 0.28 A
Courant en charge nominale robot 0.7A
Courant en charge au démarage robot 1.6A
  • Consommation maximum en courant pour les 2 moteurs du robot :

Imax = 2*1.6A = 3.2A


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
  • Utilisation d'un Convertisseur DC/DC

Nous avons utilisé une carte faite par des étudiants des années précédents.


Cette carte contient deux régulateurs à découpage:

  1. LM2596S fournit 5V ( 3A max )
  2. XL6009E1 qui fournit 12V ( 4A max )

Les régulateurs fournissent largement le nécessaire en tension et courant.
Pour le semestre suivant nous prévoyons à réaliser une autre carte d'alimentation, qui sera plus compacte.

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.

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 actionant les entrées logique C et D ainsi que Venable (PWM) pour varier la tension d'alimentation des moteurs (0-12V).

Tests éffectués avec un SHIELD Arduino (L298P) (

Pour commander les moteurs nous allons utiliser le pont H L298P [ datasheet].

L298P

Le composant est ci-dessous:

L298P

Pour faire des tests nous avons utlisé le Motor Shield For Arduino. En connectant ce shield à l'arduino nous pouvons commander les deux moteurs (commande du sens et de la vitesse).

L298P
  • PWM

Nous allons utiliser le shield en mode PWM, on placera donc les jumpers en conséquence.

L298P
  • Borne du moteur

Nous avons deux bornes (bleues) pour connecter les moteurs CC. Les connecteurs mâles derrière sont identiques à celui des bornes bleues.

L298P
  • PWRIN

Les moteurs peuvent être alimentés par une alimentation externe lorsque le courant du moteur dépasse les limites fournies par l'Arduino (Il est conseillé de séparer les alimentations d’Arduino et des moteurs). Le changement entre la puissance externe et l'Arduino est mis en œuvre par deux jumpers .

PWRIN: Alimentation externe.
VIN: Alimentation du Arduino.

On placera donc les jumpers d’alimentation sur PWRIN.

Arduino Shield6.png


On doit avoir quelque chose comme cela: