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Robots en IUT – Conférence sur les enjeux de la robotique

Conférence sur les robots et les enjeux de la robotique en IUT : Télécharger la présentation

Les robots en IUT GEII

La robotique permet la mise en pratique des connaissances et compétences vues en DUT GEII, en les appliquant à la réalisation concrète de robots autonomes. Elle permet le croisement des différentes disciplines : électronique, informatique industrielle, automatique, électrotechnique et mécanique… Pratiquée dans le cadre de compétitions de robotique organisées entre IUT (Coupe de France des IUT) ou plus largement ouvertes (Eurobot par exemple), la robotique impose un respect strict d’un cahier des charges et des délais, ce que l’on rencontre dans peu de projets étudiants.

En outre, c’est un facteur d’émulation dans les départements GEII. Pour les étudiants et les équipes qui y participent, c’est aussi une véritable carte de visite pour l’avenir !

Les principes fondamentaux et les bases des robots en IUT

Cette présentation montre des bases de la réalisation électronique d’un robot mobile terrestre autonome. Les règles fondamentales, que sont la fiabilité et la simplicité, à respecter pour débuter et avancer en robotique sont détaillées.

Les aspects déplacements avec la motorisation à courant continu, et le pilotage par un hacheur sont abordés dans un premier temps. Le pilotage et la supervision, indispensables pour fiabiliser un robot sont vus ensuite. Le repérage dans l’espace est également ensuite avec diverses techniques : odométrie, balises, centrales inertielles… Enfin, des aspects avancés tels que la coopération sont esquissés dans cette présentation.

Bonne lecture !

Robots de l'IUT GEII de Toulon   Odomètre sur les robots de l'IUT GEII de Toulon   Carte électronique de pilotage des robots de l'IUT GEII de Toulon

Capteurs et bus terrain en robotique

La mesure des paramètres d’un système embarqué est une fonctionnalité qui se retrouve dans la grande majorité des systèmes actuels. En particulier les mesures de position, vitesse et accélération sont très communes.
Les composants permettant ces mesures sont le plus souvent interfacés avec un microcontrôleur via un bus terrain de type I2C ou SPI. Nous proposons dans cette page des ressources permettant de mieux comprendre cet interfaçage. Des exemples de code adaptés au PIC24 ou aux dsPIC sont fournis.

Driver SPI générique pour dsPIC33 :

Driver I2C générique pour dsPIC33 :

  • Télécharger ustv_i2c.c et ustv_i2c.h
  • Note d’utilisation : l’I2C est un bus typiquement non fiable, qui se fige de manière aléatoire. Dans ce cas, des procédures doivent être mise en oeuvre une fois le figeage détecté. La détection de ces blocages est prévue dans le driver ci-dessus, elle nécessite pour fonctionner l’appel de la fonction IncrementI2CAntiBlockCounter, depuis un timer à une fréquence de 1kHz.

Capture de mouvement :

Télémètre à ultra-sons :

 

Cartographie et localisation simultanées (Simultaneous Localization And Mapping – SLAM)

Après avoir traité de l’odométrie, de la trajectographie et de l’asservissement (voir l’article sur le positionnement et l’odométrie), et de l’interfaçage d’un télémètre laser à balayage de type RPLIDAR (voir l’article sur le LIDAR), nous nous proposons dans cet article de réunir les deux au sein d’un même projet afin de récupérer les cartes 2D de l’environnement du robot en temps réel grâce au microcontrôleur dsPIC, l’odométrie toujours grâce à ce microcontrôleur et de fusionner ces informations pour remplir une carte fixe de l’environnement dans laquelle évoluera le robot.

slam_robotics

La réalisation de cette partie sera décrie dans le détail ultérieurement, en attendant voici les codes embarqué et en C# permettant d’effectuer cette localisation et cartographie simultanée. Il est à noter que le coût total du robot servant à ce projet avoisine les 500€, ce qui reste très limité pour une tâche assez complexe à effectuer en robotique.

Odométrie, trajectographie et asservissement PID sur microcontrôleur

L’odométrie, la reconstruction de trajectoire et l’asservissement en vitesse sont trois fonctionnalités importantes en robotique.

Les codes proposés dans cette page de ressources sont utilisés pour une séance de projet permettant de mettre en oeuvre de l’odométrie d’un robot mobile terrestre sur DsPIC. Le sujet du TP est disponible en téléchargement, il s’agit d’un sujet global, mais la partie qui concerne l’odométrie et l’asservissement se situe à la fin : Télécharger l’énoncé du projet

La partie déplacements du projet permet de mettre en oeuvre l’odométrie, de valider des algorithmes de positionnement, et de mettre en oeuvre un asservissement P, PI ou PID.

Pour cela, du code est fourni pour la partie embarquée, et pour l’interface de visualisation et validation des algorithmes en C#. Cette dernière permet le pilotage du robot à l’aide d’une manette de jeu et le contrôle des variable internes du module QEI utilisé pour l’odométrie :

Une solution pour la partie odométrie est fournie ci-dessous, mais elle n’est à utiliser qu’en dernier recours, le projet perdant son intérêt sinon :
_ARCHIVE_ER_ADC_PWM_Pilotage_UART_Protocol_Navigation_Odometrie.X

Une solution intégrant également la partie correcteur PID est également proposée ci-dessous :
_ARCHIVE_ER_ADC_PWM_Pilotage_UART_Protocol_Navigation_Odometrie_Asservissement.X

Ressources pour le C#

Vous trouverez ci quelques ressources utilisées pour les projets C# de pilotage et supervision de robots mobiles.

csharp

Bibliothèque de création de jeux XNA :

La bibliothèque pour VS2015 (mais qui fonctionne également avec VS 2013) est en téléchargement ici : XNA Game Studio 4.0.5 VS 2015

Pour l’utiliser :

  • décompresser le fichier rar
  • Installer les programmes de chacun des 4 répertoires de l’archive, ainsi que XNA Game Studio 4.0.

Affichage de courbes en temps réel :

La bibliothèque suivante est basée sur la librairie ZedGraph. Elle permet d’afficher simplement des courbes, polygones et points dans des applications C# en quelques lignes de code.

Télécharger la bibliothèque ZedGraphNavigatorDll

Pour l’utiliser :

  • Importer les fichiers ZedGraphNavigatorDll.dll et ZedGraph.dll dans les références du projet
  • Ajouter à la boite à outils ZedGraphNavigatorDll.
  • Insérer dans le Winform un composant ZedGraphNavigatorDll, on l’appellera par exemple ZedGraphNavigator1
  • Pour créer un oscillo en temps réel ayant un nombre de points affichés limités, il faut :
    • Ajouter au créateur du formulaire :
      var rpl = new RollingPointPairList(500); //Création d’une liste de points de taille 500
      zedGraphNavigator1.LineCreate(« RobotTrace », rpl, System.Drawing.Color.BlueViolet, 2); //Création d’une ligne associée nommée RobotTrace
    • Quand vous souhaitez ajouter des données point par point :
      zedGraphNavigator1.LineAddSingleData(« RobotTrace », X, Y);
    • Quand vous souhaitez remplacer l’ensemble de la courbe par une autre :
      zedGraphNavigator1.LineUpdateData(« RobotTrace », ListX, ListY); //ListX et ListY sont de type List<double>

 

Ressources pour les DSPIC33

Afin de simplifier vos recherches, vous trouverez ici des documentations sur le DSPIC33 utilisé en classe en projet.

IMG_8839

Ces ressources sont classées par périphérique.

Le module QEI (Quadrature Encoder Interface) :

 

Télémètre laser à balayage RP-LIDAR

Le télémètre Laser RPLidar, permet pour environ 300 € de disposer d’un télémètre laser à balayage fonctionnant à environ 6 tours par seconde,
Lien vers le site du constructeur :

Ressources pour les projets basés sur le RPLidar. Chaque partie constitue le corrigé des questions posées sur la base de la partie précédente. Veillez à les télécharger au fur et à mesure et à ne pas regarder par avance la solution proposée :

  • 1ère partie : Projet C# permettant de mettre en oeuvre l’interfaçage d’un RpLidar : RpLidar_Base_Project
  • 2ème partie : Projet C# permettant d’afficher la carte en 2D de l’environnement du robot : RpLidar_Grabbing_Project
  • 3ème partie : Projet C# permettant d’afficher la carte en 2D de l’environnement du robot et la carte des points accessibles en toute sécurité : RpLidar_GrabbingAndPostProcessing_Project

 

Ressources pour les projets en études et réalisation de 2e année d’IUT GEII

Vous trouverez ci-dessous différentes ressources utilisées en projet d’étude et réalisation de 2e année d’IUT GEII à Toulon :

Énoncé de projet en études et réalisations : Télécharger l’énoncé

Librairies pour le le code orienté objet en C#

  • Librairie intégrant Zedgraph et différentes fonctionnalités d’affichage en C# : Lien de téléchargement
  • Librairie permettant l’utilisation du clavier en mode Keylogger : Lien de téléchargement
  • Ressources pour l’usage du télémètre lasser à balayage RP-LIDAR : Lien

Robot IUT Bot – Base Mobile

Afin d’aider les équipes à participer à la coupe de robotique des IUT, l’IUT GEII de Toulon met à disposition les fichiers .STL de ses pièces mécaniques permettant d’habiller les châssis des robots fournis par l’IUT de Cachan.

Cet habillage se compose de plusieurs parties, à assembler à l’aide de vis de 4mm principalement. Il permet de monter :

  • des télémètres infrarouge (6 points de fixation prévus : trois devant, trois derrière) de type Sharp 2Y0A21YK0F ou équivalent (lien Digikey).
  • des bumpers de détection de collision (3 à l’avant, 3 à l’arrière). Les switchs utilisés pour la détection des chocs sont les suivants : SS-5GL (lien Digikey). A noter que le sens d’insertion des switchs doit être respecté pour un fonctionnement optimal.
  • un LIDAR de type RPLIDAR (Découvrir)
  • Des odomètres montés sur roues codeuses libres. Le codeur est de type CUI AMT 102 (lien Digikey). Il est monté sur un support mobile (en rouge). Une roue codeuse (imprimée en 3D) et porteuse d’un joint torique est fixée sur ce support à l’aide d’un roulement de type roulement de roller de diamètre intérieur 8 mm, d’épaisseur 7 mm et de diamètre extérieur 22 mm. Le support mobile est en liaison glissière avec le pourtour chassis latéral, il est repoussé au sol par un ressort situé entre la traverse en rose et le support mobile en rouge. Ce ressort est facile à trouver : ressort de stylo.
  • n’importe quel autre capteur ou actionneur : de nombreux trous sont percé avec un pas de 10 mm et au diamètre 4 mm un peu partout dans l’habillage du châssis.
  • La batterie au plomb réglementaire.

Les fichiers STL du chassis sont téléchargeables ici. Nous les avons imprimés à l’IUT GEII de Toulon sur une Ultimaker 2.

Les fichiers de réalisation de la balise infrarouge viendront bientôt !

Base_mobile_1 Base_mobile_2 Base_mobile_bottom Base_mobile_coupe_codeur Base_mobile_top

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