Guillaume COMTE / Rémi BAZINETTE / Julien ALAIMO / Sylvain BARANTHOL. Projet Cachan

Transcription

1 1 Projet Cachan 2014 Ce document est un dossier technique qui a pour but de décrire le robot «Chamallow-Q» participant au concours de robotique de Cachan représentant l iut de Grenoble. é

2 2 SOMMAIRE I Introduction 3 II L alimentation III La carte de puissance. 5 IV L émission.. 6 V La réception... 7 VI Capteurs.. 9 VII Cartes mère VIII Annexes... 10

3 3 I. Introduction : Ce projet s'inscrit dans le cadre de la coupe de France de robotique des IUT, de Vierzon. Cette dernière consiste à concevoir un robot traversant une pièce qui comporte des obstacles, notre robot doit ainsi les éviter de manière précise. Ensuite, arrivé à destination, le rebot devra faire exploser un ballon pour marquer son arriver. Nous nous sommes lancés sur ce projet dans l'optique d'approfondir nos connaissances mais aussi de rassembler celles déjà acquises durant notre première année de GEII. Nous allons faire un résumé du travail que nous avons fourni pour créer ce robot. Mais avant toute chose, nous souhaitons remercier l équipe pédagogique qui nous a permis de réaliser notre projet. En effet, les professeurs et plus particulièrement Mr AMALBERTI, Mr AIRAULT et Mr FREY, ont étaient présent pour nous aider et pour répondre à nos questions quand nous en avons besoin. Nous souhaitons également remercier Christian CAO et Jonathan ROCHER qui nous ont fourni l apport technique (composants, impression des circuits imprimés, ).

4 4 II. L alimentation: Tout robot se doit d avoir une alimentation. Le cahier des charges de la compétition nous impose d avoir un robot complètement autonome que ce soit au niveau du programme ou au niveau de son énergie. Il est donc indispensable pour alimenter le robot de prendre des batteries, pour notre robot, 2 batteries seront nécessaire. La première batterie alimentera les moteurs du robot ainsi que tous les capteurs avec les servomoteurs. La deuxième batterie doit pouvoir alimenter la myrio qui est une carte développée par NATIONAL INSTRUMENT. Nous avons choisi cette configuration afin de pouvoir programmer le robot sans consommer la batterie qui alimente les capteurs et les moteurs. Nous voulons isoler la programmation du reste du robot. Pour cela nous avons suivi le cahier des charges suivant : La carte d alimentation doit avoir 2 batteries simultanément branchées. Elle devra délivrer 2 sources de tension de 12V chacune pour alimenter la myrio et les moteurs. Il faut ajouter une source de tension de 5V pour alimenter les capteurs et les servomoteurs. Un bouton d arrêt d urgence est nécessaire en cas de disfonctionnement du robot. La batterie doit être facilement remplaçable afin de pouvoir la changer lorsque celleci est déchargée. Présence de LED de manière à s assurer du fonctionnement de la carte d alimentation, nous avons mis en place un code couleur simple et clair permettant de savoir quelle tension sort de la carte d alimentation (vert pour du 12v et rouge pour du 5v). CONCEPTION DE LA CARTE D ALIMENTATION : Pour alimenter les capteurs il nous faut une tension de 5v, comme nous avons 2 batteries nous utilisons un régulateur qui permet de transformer la tension de 12v en 5v. Nous utilisons une connectique HE10 afin de connecter notre carte d alimentation avec le reste du robot. Le but étant de relier toute nos cartes de fonction entre elle par ce moyen de connexion. Nous avons préalablement testé la connectique sous une tension de 12V afin de voir si elle supporte bien une telle tension. NB : Pour voir le schéma électrique de la carte d alimentation au complet et le routage, voir l annexe n 1

5 5 III. La carte de puissance: Maintenant que les moteurs sont alimentés, il faut les contrôler. Le robot doit pouvoir aller plus ou moins vite, doit pouvoir tourner ou reculer. Nous avons donc choisi de créer deux cartes de puissances, une pour chaque moteur. Sur chaque carte de puissance, nous avons mis un pont en H. A la base nous avons choisi un L298 car nous l avons déjà étudié en cours, cependant nous nous sommes rendu compte que quand les moteurs forcés un peu (quand il se cogne dans un mur), le L298 était défaillant du fait du trop grand courant consommé. Au final, nous avons choisi un L6302 qui arrive à supporter un courant allant jusqu à 4A. Il a également l avantage d avoir des diodes de roue libre intégré directement dans le composant. Nous avons choisi d avoir une carte de puissance par moteur afin de pouvoir délivrer une plus forte puissance car il peut supporter un courant plus fort. CONCEPTION D UNE CARTE DE PUISSANCE : Nous envoyons au L6302 un signal PWM avec son rapport cyclique qui permet de faire varier la vitesse du moteur : Rapport 0.5 : arrêt Rapport 1 : marche avant Rapport 0 : marche arrière Il reçoit également une tension de 12V pour le moteur et une de 5V pour le composant. L ENABLE est le signal de validation, s il est à 0V le L6302 ne fonctionne pas. Nous avons placé des pins sur la carte afin de visualiser les signaux envoyés au L6302 afin de trouver plus facilement un problème en cas de panne. NB : Pour voir le schéma électrique de la carte de puissance au complet et le routage, voir l annexe n 2

6 6 IV. L émission: Afin que le robot puisse aller jusqu à l autre côté du terrain, il nous faut une balise qui va émettre un signal infrarouge que le robot va réceptionner afin de savoir où aller. Pour cela nous avons créé une carte qui va émettre au total 4 fréquences différente (30kHz, 38kHz, 48kHz et 56kHz) que nous pourrons modifier à l aide d interrupteurs. Le but étant de modifier rapidement la fréquence si les concurrents utilisent la même fréquence que nous. Nous envoyons également un mot en ASCII (exemple : AA ) pour que notre robot roule bien vers notre balise. Les interrupteurs permettrons également de modifier les mots que nous envoyons (4 mots différents). CONCEPTION DE LA CARTE EMISSION : Le 74HC00 permet de regrouper le mot qu on envoi (TX) avec la PWM qui détermine la fréquence de l envoi. Le ULN2803 va «répartir» le mot qu on envoi sur les 8 LEDs d émission infra rouge. Sur ce bloque fonction, on crée notre quartz et notre signal PWM. Nous pouvons voir également le switch qui nous permet de faire le choix de notre mot et de notre fréquence. NB : Pour voir le schéma électrique de la carte d émission au complet et le routage, voir l annexe n 3

7 7 V. La réception: A. Carte de réception Après avoir émie notre signal infra-rouge, nous devons bien sur le réceptionner. Pour cela, nous avons créé une carte composée essentiellement de TSOP2438 qui est un récepteur infrarouge qui fonctionne à une fréquence de 38kHz. En effet, même si nous pouvons modifier la fréquence sur la carte d émission, nous avons décidé d utilisé une fréquence par défaut de 38kHz. Notre carte est composée de 6 récepteurs répartie en cercle. Chaque récepteur est ensuite connecter à une connexion du type HE10 comme vous pouvez le voir ci-dessous : La connexion de type HE10 Les connecteurs 3x1 permettent de connecter les TSOP2438 NB : Pour voir le schéma électrique de la carte de réception au complet et le routage, voir l annexe n 4 B. Carte comparateur Les signaux ainsi réceptionné sont envoyé vers une carte dite comparateur. Son rôle est de comparer la tension des signaux à une valeur fixe qui est de 2.4V. Si la tension du signal est inférieur à cette valeur, elle sera abaisser à 0V ; si c est supérieur, elle sera relevé à 5V. Le but étant d avoir un résultat de type booléen. Nous avons placé un comparateur pour chaque signal donc nous avons 6 comparateur LN311. NB : Pour voir le schéma électrique de la carte comparateur au complet et le routage, voir l annexe n 5

8 8 C. Carte traitement Après avoir transformé les signaux infra-rouge en un signal binaire, nous envoyons tous les signaux dans la carte de traitement qui aura plusieurs rôles. Dans un premiers temps, il va allumer les LEDs parmi les 6 présente sur la carte afin de visualiser quel récepteur infra-rouge capte. Dans un second temps, nous avons la présence d interrupteurs (comme dans l émission) afin de choisir le mot et la fréquence que nous devons recevoir, il doit être bien évidemment identique à celui de l émission. Et pour finir, nous avons la présence d un multiplexeur (74LS151) qui va permettre d envoyer en série les signaux des récepteurs (qui sont en parallèle) à la Myrio. Pour la fréquence, la réalisation des mots, l allumage des LEDs, nous avons utilisé un PIC16887 comme ci-dessous : Multiplexeur NB : Pour voir le schéma électrique de la carte traitement au complet et le routage, voir l annexe n 6

9 9 VI. Capteurs: A. Capteurs de contact Nous avons placés des capteurs de contact à l avant du robot et sur chaque côté afin de détecter les chocs éventuelle du robot sur des obstacles. Ça va être le capteur le plus prioritaire par rapport aux autres. En effet, si le robot cogne un obstacle, quoi qu il arrive, il devra rectifier sa trajectoire pour éviter d être bloqué. Quand le capteur n est pas actionné, nous avons la présence d une tension de 5V. Quand il y a un choc, la tension passe à 0V. Nous avons relié le capteur à une carte comportant une LED afin de visualiser s il y a un contact. Voici le schéma électrique : B. Détecteur de ligne Pour savoir si le robot a atteint la zone d arrivé qui est délimité par une ligne blanche, nous avant placé en dessous du robot un détecteur de ligne blanche. Quand le capteur capte une ligne blanche, il envoie un signal de 0V. Nous avons créé une carte sur lequel nous avons placé une LED qui s éteint quand le détecteur capte une ligne blanche. De plus, nous avons mis un comparateur afin d avoir un signal booléen (comme sur la carte comparateur). Comme vous pouvez le voir sur le schéma ci-dessous :

10 10 C. Capteurs Sharp Pour éviter de rencontrer des obstacles, nous avons utilisé des capteurs Sharp qui permettent de connaître la distance d un obstacle grâce à un signal infrarouge. Le capteur envoie un signal infrarouge (via une LED) qui sera reflété par un obstacle, ainsi, suivant l intensité du signal reflété et récupéré (par la base d un transistor), une tension sera générée qui dépendra de la distance de l obstacle. La tension suivra le graphique ci-dessous :

11 11 VII. Cartes mère: Afin de pouvoir relier tous nos signaux et sources de tension, nous avons créé deux cartes composées uniquement de connecteurs pour tout regrouper à un seul endroit. De ce fait, la connexion sur la MyRio sera simplifiée. Voici le schéma électrique de ces cartes :

12 12 Schéma électrique : ANNEXE N 1

13 13 Routage :

14 14 ANNEXE N 2 Schéma électrique :

15 15 Routage :

16 16 Schéma électrique : ANNEXE N 3

17 17 Routage :

18 18 ANNEXE N 4 Schéma électrique :

19 19 Routage :

20 20 ANNEXE N 5 Schéma électrique :

21 21 Routage :

22 22 ANNEXE N 6 Schéma électrique :

23 23 Routage :