RobotGEII 16-17

Présentation

Présentation projet

Ce projet consiste à réaliser un robot pour participer à la coupe robotique GEII. Pour fabriquer ce robot nous devons respecter un cahier des charges définit par le règlement(reglement).Le principe de ce concours est aller le plus rapidement possible d'un coin à l'autre tout en esquivant les obstacles et les autres robots.Une fois arriver dans le coin le robot doit exploser un ballon qui lui est accroché dessus en début de course.

Cahier de charges fonctionnelles

Schema fonctionnelle de degrés II

shema fonctionnelle 1er degres

Solution technique

Pour fabriquer ce robot nous avion plusieurs choix pour procéder à l’évitement des obstacles, nous avons choisie de lier trois technologie pour éviter d’être influencer par les kart adverse lors de la course,nous allons donc utiliser des capteur infrarouge,de capteur ultrason et un caméra CMU cam 5. Pour contrôler tous les capteur ainsi que la caméra nous allons utiliser une carte rasberrie pi.Nous allons également utiliser la camera pour pour déterminer le coin d'arriver du robot grâce à une balise que la caméra reconnaîtra.

Etude du Robot

Batterie, Moteurs, Hacheurs

Description technique

...

Contrôle deux moteurs CC par un shield (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 conectant ce shield à l'arduino nous pouvons commander les deux moteurs moteurs (commande du sens et de la vitesse).

L298P

• PWM

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

L298P

• Borne du moteur

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

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 switch entre la puissance externe et l'arduino est mis en oeuvre par deux jumpers .

PWRIN: Alimentation externe.
VIN: Alimentation du Arduino.

On placera donc les jumpers d’alimentation sur PWRIN.

On doit avoir quelque chose comme cela:

L298P

• Signal de contrôle Tableau de vérité

E1	M1		E2	M2	Texte de l’en-tête
L	X	Moteur 1 desactivé	L	X	Moteur 2 desactivé
H	H	Moteur 1 en arrière	H	H	Moteur 2 en arrière
H	L	Moteur 1 en avant	H	L	Moteur 2 en avant
PWM	X	Control vitesse PWM	PWM	X	Control vitesse PWM

NOTE:

H: Niveau haut
L: Niveau bas
X: N'importe quel niveau.

Mode PWM

Commande	Moteur	Pin Arduino	Pin Atmega328p	Siginification
M1	Gauge	4	PD4	Contrôle du sens de rotation
E1 (PWM)	Gauge	5	PD5	Contrôle de la vitesse de rotation
M2	Droit	7	PD7	Contrôle du sens de rotation
E2 (PWM)	Droit	6	PD6	Contrôle de la vitesse de rotation

• Exemple de code

Pour gerer les moteurs nous allons utiliser la fontion setVitesse(vG,vD) la quelle est defini sur le code suivante.

void initMoteur()//PWM sur PD5 et PD6
{
  //fpwm = fq / (topPWM * p)
  //fpwmi:frequence du PWM
  //fq:frequance du quark
  //topPWM: valeur maximun du PWM
  //p:prediviseur

  //Declaration de sorties
  DDRD |= (1 << PD4);//Sens du motor Gauge
  DDRD |= (1 << PD5);//PWM du motor Gauge
  DDRD |= (1 << PD7);//Sens du motor Droit
  DDRD |= (1 << PD6);//PWM du motor Droit

  TCCR0B |= (1 << CS00) | (1 << CS01);//Prediviseur P=64

  TCCR0A |= (1 << WGM00) | (1 << WGM01);//Mode FAST PWM

  TCCR0A |= 1 << COM0A1;//PWM sur OC0A

  TCCR0A |= 1 << COM0B1;//PWM sur OC0B

  OCR0A = 0;//Valeur de comparaison pour A --> PD6

  OCR0B = 0;//Valeur de comparaison pour B --> PD5
}

void setMoteurG(int16_t vit)//fontion pour gener le moteur gauge
{
  if (vit < 0)
  {
    vit = -vit;
    PORTD |= (1 << PD4);//Moteur Gauge en arrière
  }
  else PORTD &= ~ (1 << PD4);//Moteur Gauge en avant

  if (vit > topPWM) vit = topPWM;//Si jamais on met une vauleur superior a 255, la vitesse maximun sera 255

  OCR0B = vit;//Action sur le PWM --> PD5
}

void setMoteurD(int16_t vit)//fontion pour gener le moteur droit
{
  if (vit < 0)
  {
    vit = -vit;
    PORTD |= (1 << PD7);//Moteur Droite en arrière
  }
  else PORTD &= ~ (1 << PD7);//Moteur Droite en avant

  if (vit > topPWM) vit = topPWM;//Si jamais on met une vauleur superior a 255, la vitesse maximun sera 255

  OCR0A = vit;//Action sur le PWM --> PD6
}

void setVitesse(int16_t vG, int16_t vD)//cette fontion nous permet gerer les deux moteurs avec "une seule" ligne
{
  setMoteurD(vD);
  setMoteurG(vG);
}

int main()
{
  initMoteur();

 while(1)
 {
  setVitesse(100,100);//Example d'utlisation
 }
}

Estimation de la position du robot

Carte Capteur

L'odométrie nous permettra d'estimer la position du robot en mouvement, des le debut et jusqu'à la détéction de la balise par la caméra. C'est à partir de la mesure des déplacements des roues, qu'on pourra reconstituer le mouvement du robot. En partant d'une position initiale connue et en intégrant les déplacements mesurés, on peut ainsi calculer à chaque instant la position courante du véhicule.

Pour mésurer le déplacement des roues, nous allons utiliser un encodeur, monté sur l'axe de chaque roue.

On doit obtenir: 1.LA VITESSE 2.LE SENS DE ROTATION DES ROUES

ENCODEUR DE BASE: Ce montage basique permet de mesurer la vitesse de rotation à partir de la fréquance, mais il ne permet pas de connaitre le sens de rotation.

principe

ENCODEUR EN QUADRATURE: Celui-ci nous permettra de connaitre à la fois le sens et la vitesse des roues. Il est composé d’un disque rotatif, 1 led infrarouge et 2 capteurs optique décalé un par rapport à l’autre de 90°. C’est justement ce décalage la qui va nous permettre de connaitre le sens de rotation de la roue. Suivant le sens de rotation, nous auront deux signaux déphasés en avance/retard de 90°.La vitesse sera déterminé en fonction de la fréquence.

            Les signaux de sortie à l’oscilloscope 

Roue codeuse

Pour determiner la frequence des moteurs nous allons utiliser une Roue Codeuse et un capteur. Nous avons créé le roue sur le logiciel GEFAO et fabrication avec la machine charlyrobot. Vous trouverez ici le fichier de la roue (Fichier:RoueCodeuse.zip).

Roue Codeuse composée de 30 dents

Valeurs recu par les capteurs

Cette roue sera placer sur l'arbre des motors et sur les deux capteurs, lorsque le moteur est en train de tourner les capteurs va nous envoyer une signal qui se resamblera à celui-ci:

• Si la roue en avant

Il faut remarquer que la signal 1 est en avance. Donc sur chaque front montant de la signal 1, la signal 2 est à 0. Et sur chanque front descendate de la signal 1, la signal 2 est à 1. Ce raisonnement sera utiliser dans le code du proogramme.

• Si la roue en arriere

Il faut remarquer que la signal 1 est en retard. Donc sur chaque front montant de la signal 1, la signal 2 est à 1. Et sur chanque front descendate de la signal 1, la signal 2 est à 0. Ce raisonnement sera aussi utiliser dans le code du proogramme.

Il faut remarquer que si le robot avance, la roue codeuse est en arriere et si le robot recule la roue codeuse est en avant. Ce effet est du aux engranages qui sont sur les moteurs et la roue.

Determination de la position du robot

• Interruptions INT0 et INT1: Code example

Dans cette partie nous allons utiliser les interruptions et les timers. On utilisera les inturruptions (INT0 et INT1) pour dechancher un code a chaque fois que les dents de la roue codeuse travers le flux lumineuse du capteurs (sur le front montant et front descendant). Nous allons aussi utliser un timer qui sera dechanché sur un temps assez petit ( <10ms) pour calculer un deltaX, un deltaY et un detaTeta qui nous permetront de determiner la position du robot a chaque instante.

ISR(INT0_vect)
{
  //Sur chaque roue nous avons un emeteur et deux recepteurs, ces deux seront lu sur le pate PD2 et PB0
  uint8_t Pin2 = PIND & (1 << PD2); //INTERRUPTION INT0 sur PD2
  uint8_t Pin8 = PINB & (1 << PB0);

  if (Pin2 != 0)
  {
    if (Pin8 == 0) NbDentsD++;//Si la roue droit avance dont on aditionne le dents
    else NbDentsD--;//sinon on soustrait les dents, car cela signifie que le roue est en arrière
  }
  else if (Pin2 == 0)
  {
    if (Pin8 != 0) NbDentsD++;
    else NbDentsD--;
  }
}

ISR(INT1_vect)
{
  uint8_t Pin3 = PIND & (1 << PD3); //INTERRUPTION INT1 sur PD3
  uint8_t Pin9 = PINB & (1 << PB1);

  if (Pin3 != 0)
  {
    if (Pin9 == 0) NbDentsG++;//Si la roue gauge avance dont on aditionne le dents
    else {
      NbDentsG--;//sinon on soustrait les dents, car cela signifie que le roue est en arrière
    }
  }
  else if (Pin3 == 0)
  {
    if (Pin9 != 0) NbDentsG++;
    else {
      NbDentsG--;
    }
  }
}

void int0()
{
  //CONFIGURATION INTERRUPTION INT0
  //Pin2 --> PD2--> INT0 entrée

  EIMSK |= 1 << INT0; //Autorisation interruption INT0

  EICRA |= 1 << ISC00; //Activation sur changement d'etat sur PD2
}

void int1()
{
  //CONFIGURATION INTERRUPTION INT1
  //PIN3 -->PD3--> INT1 entrée

  EIMSK |= 1 << INT1; //Autorisation interruption INT1

  EICRA |= 1 << ISC10; //Activation sur changement d'etat sur PD3
}

void sei_interruption()
{
  sei(); //Autorisation global d'interruptions
}

int main()
{
  int0();//Interruption 0
  int1();//Interruption 1
  sei_interruption();//Autorisation d'interruptions

  while(1)
  {

  }
}

• Code sur chaque dechanchement d'interruptions

Commande moteurs

Nous allons gerer les moteurs par des signaux PWM (-255 a 255), le signe moins(-) indique motor en arrier et le plus(+) en avant. Cette code pour permet de gerer le deux motors par la fonction setVitesse(vG,vD). Dans la suit nous allons l'utiliser pour gerer le deplacement du robot.

#include <avr/io.h>

#define topPWM 255
 
void initMoteur()
{
  //Sorties
  DDRB|=(1<<PB0)|(1<<PB1);
  DDRD|=(1<<PD5)|(1<<PD6);
  //Prediviseur P=64  
  TCCR0B|=(1<<CS00)|(1<<CS01);
  //Mode FAST PWM
       //TCCR0B|=1<<WGM02;
  TCCR0A|=(1<<WGM00)|(1<<WGM01);
  //PWM sur OC0A
  TCCR0A|=1<<COM0A1;
  //PWM sur OC0B
  TCCR0A|=1<<COM0B1;  
  //Valeur de comparaison
  OCR0A=0;// valeur max PWM -> fmli = fq / (topPWM * prediv )
  OCR0B=0;
}

void setVitesse(int16_t vG, int16_t vD)
{
  setMoteurD(vD);
  setMoteurG(vG);
}

void setMoteurG(int16_t vit)
{
  if (vit<0)
  {
    vit = -vit;
    PORTD |= (1<<PD4);
  }
  else PORTD &=~ (1<<PD4);
  if (vit>topPWM) vit=topPWM;
  OCR0A = vit;
}

void setMoteurD(int16_t vit)
{
  if (vit<0)
  {
    vit = -vit;
    PORTD |= (1<<PD7);
  }
  else PORTD &=~ (1<<PD7);
  if (vit>topPWM) vit=topPWM;
  OCR0B = vit;
}
  
// la vitesse des moteurs varie de -topPWM à topPWM
 
int main()
{

  initMoteur();
  while(1)
  {
    setVitesse(100,100);
    }
  
  }

Caméra

Choix camera

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

vignette

Nous avons choisi d'utiliser la CMUCam 5(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 réaliser une simple reconnaissance d'objet grâce au logiciel, il suffit pour cela de sélectionner l'objet en question. Nous avons ensuite choisie d'utiliser une balise lumineuse pour que la camera la repère le plus loin possible. balise test.

Grace à cette balise nous avons pu déterminer jusqu’ou la camera repérerait notre balise avec la taille maximum autoriser. Pour cela il suffisait d’éloigner la camera le plus possible et ensuite de faire un produit en croix.Nous avons relever que la camera pouvait capter correctement la balise dont le plus petit coté est de 3cm jusqu’à 1m20 donc on en a deduit que la camera capterait 21m.

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

//////////////////////////////////////////
// Fonction cap
//////////////////////////////////////////
/**************************************************************
Auteur : R.Ingardin
Description : indique le cap à suivre grace à la camera Pixy.
Entrées : Aucune
Sorties : Un int allant de -160 à 160. Une valeur nulle indique
          que la cible se trouve au centre du champ de vision 
          de Pixy. Une valeur positive indique que la cible se
          trouve à droite de Pixy, une valeur négative indique 
          la gauche.
***************************************************************/

int cap()
{
  int compteur1;
  uint16_t blocks;
  /*Récupération des "blocs". Un bloc est une zone rectangulaire 
  définie par Pixy, possedant plusieurs caractéristiques (hauteur,
  position en x/y, couleur...)*/
  blocks = pixy.getBlocks();
  /*Dans le cas ou un bloc est détecté, la caméra renverra la
  position en x de celui ci. La valeur est centrée en zero.*/
  if (blocks)
  {
    return(pixy.blocks[0].x - 159);
  }    
}

Cette fonction a été testée avec le main suivant

#include <SPI.h>  
#include <Pixy.h>

Pixy pixy;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.print("Starting...\n");
  pixy.init();
}


int cap()
{
  int compteur1;
  uint16_t blocks;
  blocks = pixy.getBlocks();
  if ((blocks) && (pixy.blocks[0].x != 0))
  {
    return(pixy.blocks[0].x - 159);
  }    
}

void loop()
{ 
  delay(100);
  Serial.println(cap());
  delay(500);
}

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.

Perçage du ballon

Choix du perçage

Nous avons testé deux moteurs ,un petit moteur et SM-S4303R et deux matériaux,le fer et le plastique pour faire la perçage:

Finalement nous avons choisi SM-S4303R,car le petit moteur est moins fort que SM-S4303R et utiliser SM-S4303R est plus facile de faire de l'aiguille pour exploser de ballon, pour l'aiguille,nous avons choisi le fer,à cause de fer est plus dure et utilisons le fer fait de la pointe d'aiguille est mieux.

Bibliographie/références

• positionnement d'un robot par roues codeuses