RobotGEII 16-17 : Différence entre versions
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*'''Exemple de code basique''' | *'''Exemple de code basique''' | ||
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Version du 3 décembre 2016 à 17:59
Sommaire
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].
Le composant est ci-dessous:
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).
- PWM
Nous allons utiliser le shild en mode PWM, on placera donc les jumpers en conséquence.
- Borne du moteur
Nous avons deux bornes (blues) pour connecter les moteurs CC. Les connecteurs mâles derrière sont identiques à celui des bornes blues.
- 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:
- 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 |
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
}
}
- Exemple de code basique
int E1 = 5;
int M1 = 4;
int E2 = 6;
int M2 = 7;
void setup()
{
pinMode(M1, OUTPUT);
pinMode(M2, OUTPUT);
}
void loop()
{
int value;
for(value = 0 ; value <= 255; value+=5)
{
digitalWrite(M1,HIGH);
digitalWrite(M2, HIGH);
analogWrite(E1, value);
analogWrite(E2, value);
delay(30);
}
}
- Exemple simple de code pour eviter des obtacles avec un seule capteur ultrason
//Moteur 1
int E1 = 5; // Vitesse (PWM)
int M1 = 4; // Direction
//Motor 2
int E2 = 6; // Vitesse (PWM)
int M2 = 7; // Direction
///////////////
// Constantes//
///////////////
const int MOTEUR_1=0;
const int MOTEUR_2=1;
const int AVANT=0;
const int ARRIERE=1;
///////////////
// UltrasonG//
//////////////
int trig = 13;
int echo1 = 12;
long lecture_echo1;
long cm1;
//////////
// Setup//
//////////
void setup()
{
pinMode(E1, OUTPUT);
pinMode(M1, OUTPUT);
pinMode(E2, OUTPUT);
pinMode(M2, OUTPUT);
pinMode(trig, OUTPUT);
digitalWrite(trig, LOW);
pinMode(echo1, INPUT);
Serial.begin(9600);
}
//////////
// Loop///
//////////
void loop(){
digitalWrite(trig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trig, LOW);
lecture_echo1 = pulseIn(echo1, HIGH);
cm1 = lecture_echo1 / 58;
Serial.print("Distancem : ");
Serial.println(cm1);
delay(200);
if(cm1>15 )
{
activer(MOTEUR_1, AVANT, 128);
activer(MOTEUR_2, AVANT, 128);
}else if(cm1>2) {
activer(MOTEUR_1, ARRIERE, 128);
activer(MOTEUR_2, AVANT, 128);
delay(500);
activer(MOTEUR_1, AVANT, 128);
activer(MOTEUR_2, AVANT, 128);
delay(1000);
activer(MOTEUR_1, AVANT, 128);
activer(MOTEUR_2, ARRIERE, 128);
delay(500);
activer(MOTEUR_1, AVANT, 128);
activer(MOTEUR_2, AVANT, 128);
delay(1000);
}
}
/////////////////////
// Fonction activer//
/////////////////////
void activer(int moteur, int sens, int vitesse)
// moteur : MOTEUR_1 ou MOTEUR_2
// sens : AVANT ou ARRIERE
// vitesse : entre 0 et 255
{
switch (moteur)
{
case MOTEUR_1 :
if (sens==AVANT)
{
digitalWrite(M1, HIGH);
analogWrite(E1, vitesse);
}
else
{
digitalWrite(M1, LOW);
analogWrite(E1, vitesse);
}
break;
case MOTEUR_2 :
if (sens==AVANT)
{
digitalWrite(M2, HIGH);
analogWrite(E2, vitesse);
}
else
{
digitalWrite(M2, LOW);
analogWrite(E2, vitesse);
}
break;
}
}
//////////////////////////
// Fonction arreter_tout//
//////////////////////////
void arreter_tout()
{
analogWrite(E1, 0);
analogWrite(E2, 0);
}
/////////////////////
// Fonction arreter//
/////////////////////
void arreter(int moteur)
{
switch (moteur)
{
case MOTEUR_1 :
analogWrite(E1, 0);
case MOTEUR_2 :
analogWrite(E2, 0);
}
}
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.
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 le la roue (Fichier:RoueCodeuse.zip).
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
- Si la roue en avant arriere
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.
- Determination de la position du robot
Dans cette partie on va s'en servir des interruption est de timers. On utilisera les inturruptions (INT0 et INT1) pour dechancher un code a chaque fois que les dents de la roue travers le flux lumineuse du capteurs (sur le front montant et front descendant). Nous allons aussi utliser un timer qui sera dechancher sur un temps assez petit (<10ms) pour calculer un deltaX, un deltaY et un detaTeta qui nous permetront de determiner la position du robot.
#include <math.h>
volatile uint8_t NbDentsD=0;
volatile uint8_t NbDentsG=0;
float Delta_X=0;
float Delta_Y=0;
float d=51.17;//Rayon de la roue codeuse
float Delta_Dent=PI*d/60.0;//verificar el verdadero valor o sino hacer que los dientes y el espaciado entre dientes sea el mismo
//Preguntar al profesor.
float L=230.0;//230mm entre les roues
float Position_X=0;
float Position_X_precendent=0;//en realidad tiene un valor inicial
float Position_Y=0;
float Position_Y_precendent=0;
float Teta=0;
float Teta_precedent=0;
int n=0;
/*float position_X()
{
Position_X=Position_X_precendent+Delta_X;
Position_X_precendent=Position_X;
return Position_X;
}*/
/* float position_Y()
{
Position_Y=Position_Y_precendent+Delta_Y;
Position_Y_precendent=Position_Y;
return Position_Y;
}*/
ISR(TIMER1_COMPA_vect)
{
float Delta_D=(NbDentsD*Delta_Dent);//*((52.45/2.0)*(12/60.0));//mm
float Delta_G=(NbDentsG*Delta_Dent);//*((52.45/2.0)*(12/60.0));//mm
float Delta_moy=(1/2.0)*(Delta_D+Delta_G);
float Delta_dif=Delta_D-Delta_G;
float Delta_teta=Delta_dif/L;
Delta_X=Delta_moy*cos(Teta_precedent);//Teta_precedent
Delta_Y=Delta_moy*sin(Teta_precedent);
Teta=Teta_precedent+Delta_teta;
Teta_precedent=Teta;
Position_X=Position_X_precendent+Delta_X;
Position_X_precendent=Position_X;
Position_Y=Position_Y_precendent+Delta_Y;
Position_Y_precendent=Position_Y;
///TEST
/*Serial.print(NbDentsD);
Serial.print(" ");
Serial.println(NbDentsG);*/
///TEST
/*Serial.print(NbDentsD);
Serial.print(" ");
Serial.print(Delta_D);
Serial.print(" ");
Serial.print(NbDentsG);
Serial.print(" ");
Serial.println(Delta_G);*/
//TEST
/*Serial.print(Delta_D);
Serial.print(" ");
Serial.print(Delta_G);
Serial.print(" ");
Serial.println(Delta_moy);*/
//TEST
/*Serial.print(NbDentsD);
Serial.print(" ");
Serial.print(NbDentsG);
Serial.print(" ");
Serial.println(Delta_moy);*/
//TEST
/*Serial.print(Delta_D);
Serial.print(" ");
Serial.print(Delta_G);
Serial.print(" ");
Serial.println(Delta_dif);/*
//TEST
/*Serial.print(Delta_dif);
Serial.print(" ");
Serial.print(Delta_teta);Serial.print("rad");
Serial.print(" ");
Serial.print(Delta_teta*(180.0/PI));Serial.println("gr");*/
//TEST
/*Serial.print(Delta_dif);
Serial.print(" ");
Serial.print(Delta_teta*(180.0/PI));
Serial.print(" ");
Serial.println(Teta*(180.0/PI));*/
//TEST
/*Serial.print(Teta_precedent);
Serial.print(" ");
Serial.print(Delta_moy);
Serial.print(" ");
Serial.print(Delta_X);
Serial.print(" ");
Serial.println(Delta_Y);*/
//TEST
// Serial.print(Delta_X);
// Serial.print(" ");
//Serial.print(Delta_Y);
// Serial.print(" ");
/*Serial.print(position_X());
Serial.print(" ");
Serial.println(position_Y());*/
if(n<100)
{
Serial.print(NbDentsD);
Serial.print(" ");
Serial.print(NbDentsG);
Serial.print(" ");
Serial.print(Position_X);
Serial.print(" ");
Serial.println(Position_Y);
n++;
}
/*Serial.print("NbDentsD: "); Serial.print(NbDentsD);
Serial.print(" ");
Serial.print("NbDentsG: "); Serial.println(NbDentsG);*/
/*Serial.print("Delta_Y: "); Serial.print(Delta_Y);
Serial.print(" ");
Serial.print("Delta_teta: "); Serial.println(Delta_teta);*/
//Serial.print("NbDentsD TIMER1: "); Serial.print(NbDentsD);
//Serial.print("position_X: "); Serial.println(position_X());
//Serial.print(" ");
//Serial.print("position_Y: "); Serial.println(position_Y());
PORTB^=(1<<PB5);
//Serial.println("TIMEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEER1");
NbDentsG=0;
NbDentsD=0;
}
ISR(INT0_vect)
{
uint8_t Pin2= PIND & (1<<PD2);//INTERRUPTION INT0 sur PD2
uint8_t Pin8= PINB & (1<<PB0);
//Serial.println("Interruption INT0");
if(Pin2!=0)
{
if(Pin8==0) NbDentsD++;
else NbDentsD--;
}
else if(Pin2==0)
{
if(Pin8!=0) NbDentsD++;
else NbDentsD--;
}
/*Serial.print("Pin2: "); Serial.print(Pin2);
Serial.print(" ");
Serial.print("Pin4: "); Serial.print(Pin4); */
// Serial.print(" ");
/* Serial.print("NbDentsG: "); Serial.print(NbDentsG);
Serial.print(" ");
Serial.print("NbDentsD: "); Serial.println(NbDentsD);*/
//Serial.print(" ");
//Serial.print("NbDentsD INT0: "); Serial.println(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++;
else {NbDentsG--; }//if (NbDentsG<0 || NbDentsG==255) NbDentsG=0;}
}
else if(Pin3==0)
{
if(Pin9!=0) NbDentsG++;
else {NbDentsG--;}// if (NbDentsG<0 || NbDentsG==255) NbDentsG=0;}
}
}
void int0()
{
//INTERRUPTION INT0
//PIN2 -->PD2--> INT0 entrée
EIMSK |= 1<<INT0; //Autorisation interruption INT0
EICRA |= 1<<ISC00; //Activation sur changement d'etat sur PD2
}
void int1()
{
//INTERRUPTION INT1
//PIN3 -->PD3--> INT1 entrée
EIMSK |= 1<<INT1; //Autorisation interruption INT0
EICRA |= 1<<ISC10; //Activation sur changement d'etat sur PD2
}
void timer1()
{
//TIMER1 declanchement chaque 100ms.
TCCR1B|=(1<<CS10)|(1<<CS11);//Prediviseur p=8 1<<CS11; p=64 (1<<CS10)|
TCCR1B|=1<<WGM12;//RAZ (CTC)
TIMSK1|=1<<OCIE1A;//Autorisation d'interruption de comparaison A
OCR1A=7500;//Comparaison avec p=8 20000 10ms p = 64 25000 100
}
void sei_interruption()
{
sei(); //Autorisation global d'interruptions
}
int main()
{
DDRB|=1<<PB5;
//DDRD|=1<<PD6;
// DDRD|=1<<PD7;
int0();
int1();
timer1();
sei_interruption();
Serial.begin(9600);
while(1)
{
/*_delay_ms(100);
PORTB^=(1<<PB5);*/
/*PORTD|=1<<PD6;
_delay_ms(15);
PORTD|=1<<PD7;
_delay_ms(15);
PORTD&=~(1<<PD6);
_delay_ms(15);
PORTD&=~(1<<PD7);
_delay_ms(15);*/
}
}
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);
}
}
Deplacement
Detection d'obstacles
Caméra
Choix camera
Nous avons testé 3 cameras différentes, la PiCam, la CMUCam3 et la CMUCam5 Pixy
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.
montage du perçage