Robotique 2022

Présentation du projet

Le projet a pour objectif la conception d'un robot autonome pour participer à une compétition de robotique où plusieurs robots s'affronteront et où celui qui marquera le plus de point gagne ! Nous passerons alors beaucoup de temps pour analyser déjà l'ensemble (règles, contraintes, fonctions à étudier), pour ensuite passer à son développement. C'est un projet vraiment pluridisciplinaire car nous devrons développer un programme, concevoir des cartes, de la modélisation 3D, des systèmes électroniques (utilisation de comparateur, mise en œuvre de différents montages électroniques, etc).

Le projet demande également beaucoup d'autonomie, car comme dans chaque projet de réalisation, nous sommes confrontés à des choses nouvelles dont nous devons nous documentés. L'usage de capteur, certains microcontrôleurs par exemple.

Analyse du projet

Avant de développer notre projet, nous devons poser sur le papier tous les éléments à penser, et il est important de bien s'informer sur la compétition et la réalisation de notre robot, sur la faisabilité du projet. Et il faudra s'adapté aux nombreuses contraintes.

La compétition

Le principe de la compétition, 2 robots s'affrontent sur un terrain de tennis de 8m*4m dont le but est d'envoyer du côté adversaire plus de balle que l'autre en 90s et d’éclater un ballon attacher au sommet de son robot à la fin du temps imparti. De nombreuses règles sont a respecté durant le jeu, certaines imposent des contraintes techniques à la réalisation de notre robot tel que les dimensions de celui-ci, le système de perçage du ballon, le système d'envoi de balle.

Déroulement de la compétition

Un match dur 90 secondes, nous sommes sur un terrain de 8x4m donc nous avons pour chaque équipe un carré de 4x4m. Durant ce temps, nous devrons envoyer le maximum de balle du côté adverse, et arriver aux 90s, le système d'éclatement de ballon s’exécute ainsi que le robot devra s'immobilisé.

Quelques contraintes lié au règlement

• Le gabarit du projet sera en 40x30x30
• Le robot doit avoir une faible consommation en veille
• Des systèmes de protection doivent être mis en oeuvre (limitation de courant/protection)
• Le robot ne doit pas composer un danger une fois au repos
• Une démonstration des dispositifs de sécurité doit être effectué avant la mise en jeu
• Le démarrage du robot se faire à distance, via un lien physique
• La technologie utilisée par la batterie est également limité à du Li-ion ou LifePo4, ici la batterie est fournit donc pas de souci
• Le boitier de protection de la batterie doit faire 3mm d'épaisseur et un moyen d'aération doit être prévu.
• Le système de tire doit pouvoir être bloqué, se cacher et se rétracter si dépassement de sa zone de fonctionnement entre les matchs et chaque tir.
• Le système qui permet d’éclater le ballon doit posséder une sécurité ou doit être amovible.

Matériel à disposition

La compétition en elle même impose certaines contraintes, cependant, pour la réalisation de notre projet, nous devrons utiliser du matériel mis à notre disposition. Cela nous permet d'éviter de refaire ce qui a déjà été fait précédemment. Comme nous sommes que 2 dans ce projet, nous pourrons alors également reprendre des choses déjà réalisé des années précédentes. Tout cela mène à différentes autres contraintes supplémentaires que nous devons penser.

La batterie

Celle-ci est fournie par le département, une batterie de 12.8v (4 piles LifePo4 mises en séries) permettra d’alimenter l’ensemble du robot, moteur, capteurs, contrôleurs. L’utilisation d‘abaisseur de tension sera indispensable pour les éléments exploitants des plus faibles tensions.

Abaisseur de tension

Comme la batterie a une tension de 12.8v et que nous avons des éléments qui ont besoin de différentes tensions telles que 5v et 3.3v, nous avons besoin d’un abaisseur de tension. Nous avons le choix ici de le fabriquer nous-mêmes ou d’utiliser un abaisseur déjà réaliser. En fonction du temps disponible, nous verrons pour la réalisation de l’abaisseur.

Carte de gestion Atmega 2560

Nous avons un projet avec beaucoup de capteurs et moteurs à gérer, afin de ne pas avoir de souci de port à disposition, nous utiliserons un Atmega 2560, de plus, le prototypage pourra être facilement effectué grâce à une carte Arduino Mega qui possède ce microcontrôleur. Avec une mémoire flash de 256kb, 86 entrées/sorties exploitables, il fait de lui un microcontrôleur parfait pour du prototypage, on verra à l’avenir si celui-ci s’avère surdimensionné ou s’il est suffisant. De plus, nous pourrons exploiter le Protocol ISP pour utiliser la caméra Pixy2

Les moteurs

Ces derniers sont gérés à l’aide de Carte Cytron (Lien ici), il s’agit d’un driver de moteur permettant de contrôler des moteurs à balais avec un courant de 13A continu et jusqu’à 30A en pointe. Permets de faire fonctionner des moteurs situés sur une plage de tension de 6 à 30v.

Camera Pixy

La caméra comme présentée ci-contre permet la détection de couleurs et donc d’objets, elle va nous permettre durant le projet de détecter les balles pour diriger notre robot vers ces dernières et ainsi pouvoir les lancer de l’autre côté.
Elle fonctionne sur un système d’apprentissage et retourne la position de l’objet sur l’écran. Nous devrons alors faire correspondre la position de la balle sur l’écran par rapport à une position sur le terrain. Afin de tester en temps réel la camera, nous ferons usage du logiciel Pixymon sur ordinateur.
Celle-ci sera gérer avec l'Atmega directement par le bus ISP

Développement du projet

Une fois que nous avons bien analyser l'ensemble, nous pouvons déjà commencer à imaginer une première structure de projet avec chaque grandes fonctions que notre robot devra respecté.
Le Schéma fonctionnel présente les grandes fonctions à développer durant notre projet, nous devrons définir quelles technologies adopter pour chaque fonction afin d’avoir un robot qui remplit au mieux sa fonction qui est de gagner la compétition !

Etude des blocs de fonction

Détection de lignes

• Algorithme fonctionnel

• Schéma des blocs fonctions

• Fonctions

Déplacement

- Utilisation d'un gyroscope

Composants électroniques de détection

- les balles grâce à la camera pixy et capteur infrarouge

- Capteur couleur par reflet luminosité photo-transistor

- les obstacles utilisation de capteur laser de proximité (VL53L1X)

Perçage du ballon

- Servomoteur pour la direction du bras et moteur à courant continue pour le disque.

Démarrage à distance

- Capteur fourche de lumière photo-transistor (H21B1)

Système d'envoi de balle
...

Eagle

Carte gestion microcontrôleur:

Schéma:

Board:

Carte surveillance batterie:

Schéma:

Board: