ELE3100 Projets de génie électrique: robotique mobile et informatique

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1 DÉPARTEMENT DE GÉNIE ÉLECTRIQUE SECTION AUTOMATION ET SYSTÈMES ELE3100 Projets de génie électrique: robotique mobile et informatique Chargé de cours: Julien Beaudry, étudiant M.Sc.A. bureau: A-321 courriel: Coordonnateur: Richard Hurteau, professeur titulaire Département de génie électrique, section automation et systèmes bureau: A courriel: Août 2003

2 1. Introduction Les robots sont utilisés dans l industrie depuis maintenant plusieurs dizaines d années. La majorité des robots industriels sont des robots de type manipulateur et sont employés dans l exécution de tâches répétitives dans un cycle de production. Des véhicules auto-guidés (appelés aussi robots mobiles), sont également utilisés dans l industrie manufacturière. La recherche dans le domaine de la robotique est toujours très active et une très grande partie de cette activité est dirigée vers le développement d applications nouvelles pour les robots. Des travaux portent par exemple sur les robots de service, c est-à-dire les robots (manipulateurs ou mobiles) travaillant en mode automatique ou semi-automatique, et qui ne sont pas utilisés dans un contexte de production industrielle. Ces robots effectuent des travaux directement utiles à des personnes ou les assistent pour remplir certaines fonctions. Ces robots ont souvent pour objectif de remplacer une personne travaillant dans des conditions dangereuses. Les robots d inspection des centrales nucléaires, les robots spécialisés dans la détection et la manipulation d explosifs (mines antipersonnelles), les robots d exploration planétaire et les véhicules auto-guidés submersibles ou opérant dans les mines souterraines constituent des exemples de ces robots de service. Un autre type de robot fait également l objet de recherche et développement. Il s agit des robots de divertissement, c est-à-dire des robots pouvant réaliser des activités normalement associées au divertissement (culture ou sport par exemple). C est ainsi que l on construit des robots qui marchent, qui jouent du piano, au tennis de table, au soccer, etc. De nombreuses compétitions reliées à ce genre de robots sont d ailleurs organisées à travers le monde. Le potentiel d application de ces robots dépasse le simple divertissement et les sujets de recherche reliés à ce genre de projets sont nombreux, rejoignant souvent les intérêts de recherche retrouvés dans des projets de robots de service. 2. Objectifs généraux du projet Prendre contact avec un projet de robotique mobile et d informatique dans un contexte de recherche et développement. Se familiariser avec les éléments constitutifs d un robot mobile: système électro-mécanique, système de perception, électronique de contrôle, informatique embarquée, logiciel de contrôle temps réel. Utiliser la modélisation et la simulation pour vérifier le fonctionnement d un système robotique et permettre le développement d algorithmes de contrôle. Acquérir une expérience enrichissante de travail en équipe et de rédaction d un rapport technique. 3. Projet de conception Ce projet s inspire de la coupe du monde des robots footballeurs (RoboCup, Cette compétition internationale permet à des équipes de robots de différentes universités et même Plan de cours, automne

3 d entreprises privées de s affronter dans un tournoi qui a lieu annuellement dans différents coins de la planète. Différentes ligues permettent de spécifier des formats de terrain et de robots différents, dont la "Middle Size Robot League" qui sert de référence pour ce projet. Les origines de cette compétition remontent à 1992, mais la première compétition officielle n a eu lieu qu en Durant l édition de 2002, qui a eu lieu en juin 2002 à Fukuoka au Japon, visiteurs ont pu observer 188 équipes provenant de 29 différents pays. Depuis plusieurs années déjà, le cours ELE3100 portant sur la robotique mobile et l informatique amène les étudiant(e)s à travailler sur la conception d un robot footballeur, le développement de son contrôleur par simulation dynamique et le développement d algorithmes de jeu pour participer à un tournoi. Une plate-forme de robot footballeur a d ailleurs été développée par une équipe de Polytechnique et elle sera utilisée dans le cadre d un travail pratique. La plate-forme en question est un robot mobile à vitesses différentielles qui possède une contrainte non-holonome au niveau du glissement latéral du robot. Comme les performances de cette plateforme sont satisfaisantes, nous pouvons maintenant envisager la conception d une nouvelle plateforme qui éliminerait cette contrainte non-holonome et permettrait des déplacements plus rapides des robots footballeurs. Le projet consiste donc en la conception d un robot footballeur sans contrainte non-holonome. La conception d un robot footballeur dans son ensemble représentant un travail considérable, le projet de conception se concentrera sur les aspects suivants: Système électro-mécanique: configuration de la plate-forme (structure et disposition des éléments moteurs), matériaux, choix des moteurs. Électronique de contrôle: circuits nécessaires à l asservissement des moteurs et au positionnement par odométrie, circuits de puissance et d alimentation (choix des batteries). Ordinateur embarqué: ordinateur de bord, unité de mémoire, communication sans fil, interfaces avec électronique de contrôle. Modélisation du robot: modèle dynamique et modèle cinématique. Architecture de commande: boucle(s) de contrôle permettant l asservissement en position du robot. Simulation dynamique du robot mobile et validation de la technique d asservissement en position. Le projet de conception sera présenté sous forme de rapport technique. Plus de détails seront fournis au début du trimestre sur les exigences spécifiques relatives au projet de conception. Plan de cours, automne

4 4. Travaux pratiques: Voici les différents travaux pratiques qui seront effectués durant le trimestre: Algorithmes de contrôle pour robots footballeurs: en utilisant la plate-forme du Laboratoire de mécatronique, développement d une méthode de planification et de suivi de trajectoire en environnement dynamique, puis utilisation de cette méthode pour le développement d algorithmes de jeu. Ce travail pratique s effectuera dans un premier temps en simulation et le résultat final pourra être testé sur les robots du laboratoire. Tournoi de soccer robotisé: en utilisant une plate-forme de simulation semblable à celle du Tournoi Inter-universitaire de Soccer Robotisé un tournoi entre les équipes du cours sera organisé et la note de ce travail pratique sera déterminée en fonction du classement final. Plus de détails seront fournis au cours du trimestre sur les exigences spécifiques relatives aux travaux pratiques. La majorité des programmes informatiques des différents travaux pratiques utilisent la librairie MICROB, 5. Présentation orale Vers la fin du trimestre, chaque équipe présentera les résultats les plus intéressants de leurs travaux dans une présentation orale d environ 10 minutes suivie d une période de question. Le contenu de cette présentation est laissé à la discrétion des équipes, mais le chargé de cours sera disponible pour orienter les équipes dans la préparation de cette présentation si nécessaire. L ordre des présentations sera déterminé au hasard une fois que toutes les équipes seront connues. 6. Pondération Description À remettre Échéance Pondération Projet de conception rapport avec annexes fin de session 50% T.P. sur robots footballeurs code + rapport mi-session 20% Tournoi de soccer robotisé code fin de session 20% Présentation orale fichiers de présentation à venir 10% Les travaux devront être remis au secrétariat de la section Automation et systèmes au A dans le casier à cet effet. Tout retard sera pénalisé de 20% par jour de retard. Plan de cours, automne

5 7. Organisation du travail Les étudiant(e)s travailleront en équipe de 4. Les équipes pourront être formées dès le premier cours du trimestre et l Annexe 1 devra être remise au chargé de cours. Un chef d équipe devra être identifié. Son rôle sera d assurer un travail d équipe efficace et de représenter son équipe lors du tournoi. Il revient aux membres de l équipe de se partager le travail de façon juste et efficace. Le rapport final doit inclure en annexe une courte énumération des tâches effectuées par chacun des membres. Dans le cas d un déséquilibre évident au niveau de la quantité de travail accompli, il se peut que les notes varient au sein d une même équipe. 8. Salle de cours: local B Salles de laboratoires Le Laboratoire de mécatronique (local A-321) pourra être utilisé pour les séances d évaluation des travaux pratiques. Toutes les autres séances auront lieu dans les laboratoires informatiques suivants: Groupe de laboratoire Salle 1 C B C C Plan de cours, automne

6 Annexe I ELE3100 Projets de génie électrique Formation des équipes 1. Nom matricule signature 2. Nom matricule signature 3. Nom matricule signature 4. Nom matricule signature Nom du chef d équipe: Plan de cours, automne