Travaux Personnels Encadrés Année 2003 - 2005 Term. S3 Travaux Personnels Encadrés Avec la participation de : ࡝Vincent Del Fueyo ࡝ Ly Ho ࡝Matthieu Momplot ࡝ Pierric Parret ࡝ Arnaud Rabilloud

Le projet Le projet TPE de la session 2003 – 2005 est la réalisation d’un robot de compétition autonome suiveur de ligne. Pour parvenir à ce projet, la démarche s’est étendue sur deux années. La première année, elle, consistait à des recherches théoriques de solutions techniques répondant au Fast de Description (ci-après). La deuxième année permettait la confirmation des solutions techniques trouvées l’année dernière et ainsi, lancer la réalisation d’un prototype.

Les Objectifs Les objectifs des TPE étant d’introduire les étudiants dans une démarche de recherche théorique de solutions en perspective de la conception d’un prototype. Les TPE étaient aussi, l’occasion pour les étudiants de confirmer et de parfaire leurs connaissances sur les Sciences de l’Ingénieurs

Présentation du ROBOT Fast de Description : FP1 : Suivre la ligne de parcours FP2 : Rattraper l’adversaire FT11 : Se déplacer en suivant la ligne FT21 : Se déplacer le plus rapidement FT111 : Avancer en suivant la ligne FT211 : Avancer le plus rapidement possible FT112 : S’orienter en suivant la ligne FT212 : S’orienter le plus rapidement possible FT 12 : Repérer la ligne FT22 : Arrêter le robot lors du contact FT221 : Détecter le robot FT 13 : Gérer le déplacement FT23 : Gérer la course

Présentation du ROBOT Organigramme :

Présentation du ROBOT Chronogramme :

F.P.1 : Suivre la ligne de parcours Cette fonction principale a pour but de dévier au minimum de la ligne noire. En effet, afin de gagner du temps sur le parcours, il est primordial que le robot ne slalome pas autour de la ligne. Pour répondre à ce critère, nous avons décomposé cette fonction en plusieurs parties : > FT 11 : Se déplacer en suivant la ligne > FT 12 : Repérer la ligne > FT 13 : Gérer le déplacement

F.T.11 : se déplacer en suivant la ligne : Cette fonction technique consiste à éviter au robot de sortir du terrain. Elle se compose de deux partie majeurs.

F.T.111 : Câblage en logique Le câblage en logique constitue le noyau du robot. En effet, il permet d’acquérir les informations transmises par les périphériques et d’ainsi gérer le déplacement du robot. Pour réaliser le câblage en logique, il est nécessaire d’effectuer une table de vérité et un tableau de Karnaugh pour chaque sortie.

Table de vérité :

Tableaux de Karnaugh : Equations logiques pour chacun des moteurs : Moteur Gauche : Moteur Droit :

► Une partie démarrage représentée par Pour réaliser le câblage en logique avec les équations logiques déterminées précédemment, il a été nécessaire de décomposer l’équation logique pour chacun des moteur en deux : ► Une partie démarrage représentée par ► Une partie commande respectivement représentée par pour le moteur gauche et par pour le moteur droit

Schéma électrique de la partie démarrage :

Logigrammes des parties commande :

Schéma électrique des parties commande :

Schéma électrique total du robot :

Perspective de la réalisation du Circuit Imprimé : Le typon

F.T.112 : Les triggers de Schmitt

F.T.12 : Repérer la ligne Le robot doit suivre une ligne noire tracée sur une table blanche, ainsi en utilisant le spectre magnétique de la lumière et les loi de Descartes sur la réflexion de la lumière, il est possible de diriger le robot avec des optocoupleurs.

Optocoupleurs Nous avons fait des recherches pour trouver que le moyen des capter cette ligne noire est l’utilisation d’un système d’optocoupleur. L’optocoupleur (ou photocoupleur) est une transmission d’informations logiques ou analogiques sous forme de signal électrique par la voie optique : L’optocoupleur est donc composé de deux parties distinctes : En entrée un émetteur de signal En sortie un récepteur de ce signal

optocoupleur-réflecteur capteur de couleur désigné par la référence CNY 70

Nous avons ensuite décidé de construire par nous même l’optocoupleur. Nous avons donc eu plusieurs pistes possibles pour cette production avec différents composants : En entrée : diode En sortie : diode, phototransistor, triac

Formule du temps de la temporisation donnée par : F.T.13 : Gérer la course Pour réaliser le temporisation de 3 minutes, il est nécessaire d’utiliser un temporisateur universel qui est le NE 555. Son schéma est le suivant : Formule du temps de la temporisation donnée par :

F.T.13 : Gérer le déplacement Pour répondre au critère des 30 minutes d’autonomie, le groupe à choisit d’utiliser des batteries au Nickel / Cadmium. C’est pourquoi, un membre du groupe s’est chargé d’étudier les accumulateurs.

Fonctionnement général d’une pile Une pile est un dispositif qui transforme l’énergie d’une réaction chimique en énergie électrique. Elle se compose principalement de deux électrodes qui plongent dans une solution qui fait office de conducteur électrique (électrolyte). Elle fait intervenir une réaction d’oxydoréduction. Chaque pile est constituée de 2 demi-piles. Anode => pole (-) la où se produit l’oxydation. Cathode => pole (+) la ou se produit la réduction. Lors de la charge, si la pile rechargeable n'est pas complètement vidée, la charge est incomplète et fixe une nouvelle capacité maximale inférieure. C'est ce que l'on appelle l'effet mémoire.

► Grandeurs caractéristiques : Sa capacité, notée C en Ah (Ampère * Heure) (mais on utilise couramment les mAh). - Son intensité max. de sortie. - Sa forme/taille. - Son poids. - Sa durée de vie en nombre de charge/décharge et/ou en années. - Son autodécharge, exemple: la batterie perd 30% de sa capacité tous les mois si on ne la recharge pas. - Sa tension à vide : force électromotrice - La présence ou non de l'effet mémoire, qui oblige à faire de temps à autres des cycles de charge/décharge complets pour que la batterie ne perde pas en capacité. Le temps de charge, qui dépend beaucoup du type de charge et qui est bien sûr fonction de la capacité de la batterie et de l'intensité de charge. Le prix, pas trop cher pour pouvoir investir dans d’autres composants.

► Tableau de comparaison : Caractéristiques Plomb Acide Nickel Cadmium Nickel Métal Hybride Symbole Pb, SLA Ni-Cd Ni-MH Cycle de vie: Charge/Décharge 200 à 300 1500 300 à 500 Auto décharge par mois 5 % 20 % 30 % Tension nominale d’un élément 2 V 1,2 V Capacité nominale maximale 4000 Ah 1500 Ah 18 Ah Résistance interne 0,3 m à 100m 100 m à 200m 200 m à 300 m Stockage long Chargé Déchargé Gamme de température -20 °C à 60°C -40 °C à 60°C Principe de charge Tension constante Courant constant Courant de charge C/4 2C Charge typique 2,6 V | 20h C/10 | 14h C/4 | 5h Courant maximum en décharge 5C 20C Courant de décharge nominal C/5 1 C C/2 Tolérance a la surcharge Oui Moyenne Très faible Sensible a l’effet mémoire Non Année de commercialisation 1850 1970 (SLA) 1950 1990 Exemple d’utilisation Batteries de voiture Batteries de modélisme (Modèle réduit) Appareil Photo Numérique Avantages Se recharge facilement Assez résistant Forte capacité Très Forte intensité Recharge pas difficile Meilleur capacité que les Ni-Cd Désavantages Beaucoup trop lourd Effet mémoire Moins d’intensité que les Ni-Cd Plus cher que les Ni-Cd

Exemple de différents type de pile: Pile plate Pile Bouton Pile 9V Pile 6V

Vue en coupe d’une pile

Châssis Le châssis sera réalisé sur une plaque de PVC notamment choisit pour la légèreté et la rigidité de ce matériau. Voici l’aperçu du châssis réalisé avec Solid Work. Caractéristiques: _ épaisseur: 3mm _ facile à découper, percer et plier

Châssis Nous avons construit le robot sur une plaque de plexiglas qui est beaucoup plus difficile à réaliser du fait de sa fragilité au perçage. Nous avons donc quand même réalisé le patron de cette plaque pour nous permettre de fabriquer le châssis.

F.P.2 : Rattraper l’adversaire : Cette fonction a pour but d’aller le plus vite possible en suivant la ligne noire afin de rattraper le robot adverse. >FT21: Se déplacer le plus rapidement >FT22: Arrêter le robot lors du contact

F.T.211 : Avancer le plus rapidement possible : Pour avancer le plus rapidement possible, on doit allier puissance du moteur, réduction convenable, adhérence des roues et légèreté du robot. Ces fonctions sont traitées par les différentes solutions présentées ci-dessous.

Moteurs: Mabuchi RF-300CH Le robot doit allier vitesse et précision afin de rattraper le plus vite possible le robot adverse. Dimensions: _ 20 mm de hauteur _ 24.4 mm de diamètre Caractéristiques: _ 2V nominal _ 1600 t/min _0.055A _0.27mN.m Cm = r * F P = w * Cm P = U * I

Réducteur de vitesse Système de poulies courroie pour abaisser la vitesse de rotation du moteur et par la même occasion, abaisser la vitesse du robot (notée V): _ V = wSortie * R Rapport de réduction: _ Vue de dessus et une vue en perspective, modélisées par Solid Work, de ce réducteur de vitesse:

Engrenages Système d’engrenages pour abaisser la vitesse de rotation du moteur et par la même occasion, abaisser la vitesse du robot (notée V): _ V = wSortie * R Rapport de réduction: _ Vue en perspective, modélisée par Solid Work, de ce réducteur de vitesse:

Roues motrices Petites roues en plastique Modèles avec pneus gomme. Diamètre roue: 26 mm Epaisseur 10 mm (avec pneu gomme) Diamètre de fixation pour axe de 2 mm.

Roues avants Pour les roues avants, 2 solutions possibles: _ une bille _ 2 roues libres pivotantes

F.T.212 : S’orienter le plus rapidement : Pour s’orienter le plus rapidement possible, il faut un système de 2 moteurs avec 2 roues motrices séparées à l’arrière et un système d’orientation libre à l’avant.

Moteurs Prévu au nombre de 2, un pour chaque roue motrice, le robot aurait la possibilité de s’orienter en coupant (ou abaissant) l’alimentation aux bornes d’un des moteurs suivant le sens où il devrait tourner. Les roues avants seront libre de rotation par rapport au châssis pour permettre au robot de tourner facilement et rapidement.

F.T.22 : Arrêter le robot lors du contact : Le robot doit s’arrêter en cas de contact avec l’adversaire. Le contact entre les robots est donc frontale et non latéral. Pour satisfaire cette contrainte, le groupe a choisit d’utiliser des capteurs électromécaniques qui couvriraient toute la surface avant et arrière du robot.

F.T.221 : Les capteurs électromécaniques Pour réaliser ce type de capteur, le groupe a décider de prendre un capteur électromécanique (bouton poussoir) doté d’un système mécanique pour chacune des surfaces à couvrir. Le groupe propose donc une vue éclatée réalisée avec Solid Work du système d’arrêt en cas de contact avec le robot adverse.

F.T.222 : Gérer la course Le robot doit s’arrêter au bout de 3 minutes si aucun des robots participants n’a rattrapé l’autre. Pour remplir cette tâche, le groupe a réalisé un temporisateur.

Tempo