La robotique dans l enseignement de l informatique. CreativeStudio Sàrl Raphael Holzer

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1 La robotique dans l enseignement de l informatique CreativeStudio Sàrl Raphael Holzer

2 But de cours Présenter le robot LEGO MINDSTORMS NXT. Comprendre le fonctionnement de quelques capteurs et actionneurs. Faire connaissance avec un langage de programmation graphique (NXT-G). Montrer comment la robotique peut mettre en pratique certains aspects de l informatique.

3 Quelques mots sur moi Diplôme EPFL en électricité Doctorat au Japon (projet RoboCafard) Recherche en microsystèmes et neuroscience 2008 création de CreativeStudio Sàrl Ateliers robotiques (enfants, ados, adultes) Coordination du Centre Roberta de l EPFL Cours de formation continue HEP Cours facultatif robotique dans gymnases

4 roberta.epfl.ch

5 Qu est-ce le robot LEGO Mindstorms? Le système LEGO Mindstorms est un kit éducatif pour apprendre la technologie et la programmation. Il permet de construire des robots et mécanismes avec des pièces LEGO Technics. Utilise un langage de programmation graphique qui lie capteurs et actions. C est une plateforme technique attractive et populaire dans le milieu éducatif (secondaire, gymnase, et université)

6 Première génération Mindstorms RCX Communication infra- Sortie en 1998 rouge Très grand succès Brique programmable 3 entrées (1, 2, 3) 3 sorties (A, B, C) Basé sur les briques classiques

7 Deuxième génération LEGO Mindstorms NXT Sortie en 2006 Matériel plus performant Servomoteurs interactives Ecran graphique Bluetooth Microphone Ultrason

8 Programme Construction du robot MINDSTORMS Programmation graphique Exemples Affichage graphique (capteur rotation) Oscilloscope (son) Chronomètre (temps de réaction) Mesure de distance (sonar)

9 Construction du robot page minutes plate-forme avec 2 roues

10 Astuces attention à préparer les pièces l image mirroir à l avance tourner

11 Prendre la bonne longueur La longueur des poutres et axes est indiqué en modules 1 module (1M) = 8mm Ce n est pas des cm!

12 La technologie dans les appareils quotidiens

13 L origine de NXT-G : LabVIEW NXT-G est basé sur LabVIEW. LabVIEW est utilisé dans des milliers de laboratoires de recherche. National Instruments est le leader pour l acquisition de données et l instrumentation.

14 LabVIEW - logiciel no. 1 pour l instrumentation CERN ETH EPFL Pionniers de la Programmation Graphique

15 LabVIEW utilisé à l EPFL Capteurs Valves Electronique Acquisition Stockage EPFL CRPP - Centre de recherche en physique des plasma

16 Programmation graphique NXT-G

17 Notre premier programme Le bloc Son joue un fichier audio. Good job

18 Notre deuxième programme Le bloc Afficher place un graphique sur l écran. Le bloc Attendre le laisse affiché pendant 3 secondes

19 Les Palettes des blocs actions capteurs flux

20 Fil de donnés Les paramètres d un bloc sont accessible par les plots de donnés. Un fil de données transporte l information d un bloc vers un autre Cliquer en bas du bloc ouvre et referme le plot de données.

21 Types de fils de données gauche - entrée droite - sorties Types jaune - numérique vert - logique (oui/non) orange - texte

22 1. Capteur de rotation Mesure d une quantité physique Fil de donnée Type de donnée : numérique-texte Affichage Boucle infinie Paramètre entrée-sortie

23 Le servomoteur interactif capteur moteur engrenage Le servomoteur est à la fois actionneur et capteur Cette combinaison permet de positionner le moteur à un degrés près.

24 La souris d ordinateur 00, 01, 11, 10 Une balle fentes Deux disques avec Deux capteurs Le nombre de cycles donne la distance La phase (+/- 90 ) donne la direction.

25 2. Affichage d un graphique Deux capteurs de rotation pour la position Deux paramètres x/y Affichage d un fichier graphique

26 3. Jeu de dessin (sketch) Deux capteurs de rotation (B et C) l affichage 100x64 pixel Déplacer une point sur fichier : sketch

27 4. Multi-tâche (dessiner+effacer) fichier : sketch2 Multi-tasking (faire plusieurs choses simultanément) Deux branches parallèles Deux boucles infinis Attendre la pression du bouton NXT orange

28 Retour de force (interactif) Un retour de force peut créer l impression d un objet virtuel La force est basé sur la position de la commande

29 5. Retour de force Interface haptique (science du toucher) Limites virtuelles (parois) Le moteur s enclenche quand on dépasse la plage [ ] fichier : haptic_walls

30 L oscilloscope -tracer l évolution temporel d un signal Affiche un signal électrique au cours du temps y = signal y(t) x = temps (t)

31 6. Oscilloscope Boucle externe : infinie Boucle interne :100 y = valeur du micro fichier : scope x = x incrémente toutes les 10 ms Réinitialisation toutes les secondes

32 7. Mesure de temps de réaction Son de 20 milli-secondes Initialisation du chronomètre Afficher le temps de réaction

33 8. Afficher temps de réaction en graphique

34 9. Mesure de distance mesure nombre en texte ajouter «dist =» ajouter «cm»

35 10. Transformer distance en son L hautparleur produit des sons Hz Distance cm ultiplié par 10 Décaler de 264

36 Mesure de distance par la propagation du son Utilisé pour les sousmarins pour détecter des obstacles Pour la pêche Echolocation

37 11. Sonar - afficher un profil de distance Pendant que le robot tourne, il mesure la distance La distance et afficher en graphe

38 12. Sonar - éviter des obstacles Si la distance libre est moins que 50 cm le robot tourne

39 La rétroaction négative consigne erreur mesure système L automatique fait partie des sciences de l ingénieur. Elle traite de la régulation de systèmes dynamiques. Fusées, avions, turbines, chauffages, usines, etc.

40 13. Robot suiveur Le robot suit à une distance de 30 cm Puissance = (d-30)*5

41 Conclusion La robotique met en pratique l informatique. La programmation graphique visualise l évolution temporel rayon de séquence branches boucles visualise la transmission de données fils de données couleurs pour types (numérique, texte, logique)

42 RANGER le robot! Ranger les pièces selon le schéma minutes Vérifier Brique NXT 5 capteurs 3 moteurs 7+3 câbles câble USB

43 Divers

44 NeXT Tools for Mac OS X Copier écran NXT sur ordinateur Navigateur fichier Création de fichier son Par l auteur de BricxCC (programmation en C)

45 Programmation en C BricxCC Par John C. Hansen Seulement pour Windows Mac: avec emulateur (Parallels, VMware Fusion) Programme source-libre

46 Programmer en Java lejos (lego Java OS) micro machine virtuelle IDE NetBeans Eclipse API Tutorial, Downloads Mac OS X, Windows

1 - Présentation du matériel.

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