P14AB03 Contrôle de la motorisation d'un robot mobile » History » Version 12

axel BARRIEUX, 04/06/2021 12:16 PM

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p=. *Contrôle de la motorisation d'un Robot mobile* 
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*Projet GE2-GE3 2013* : Contrôle de la motorisation d'un robot mobile
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*Entreprise / Client* : IRSTEA / Christophe Debain
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*Auteurs* : Papa Amadou Seck & Baddredine Toudghi
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*Responsable Projet* : Roland Chapuis
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*Tuteur industriel* : Gérard Chazelle
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 p(((. [[1. Résumé]] 
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[[2. Abstract]] 
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[[3. Introduction]] 
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[[4. Présentation du Sujet]] 
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[[5. Cahier des Charges]] 
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[[6. Developpement]] 
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p(((((. [[1. Problématiques]] 
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[[2. Faisabilité]] 
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[[3. Etude Théorique]] 
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[[4. Solutions]] 
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p(((. [[7. Gestion de Projet]] 
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p(((((. [[1. W.B.S.]] 
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[[2. Gantt]] 
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p(((. [[8. Notes d'application]] 
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p(((((. [[1. sujet 1]] 
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[[2. sujet 2]] 
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p(((. [[9. Bilan]] 
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p(((((. [[1. Etat d'avancement]] 
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[[2. Analyse Critique]] 
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[[3. Perspectives]] 
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p(((. [[10. Bibliographie]]
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p=. *%{color:#82B6E1}Résumé%*
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*Dans le cadre de notre projet de fin d’étude en dernière année d’école d’ingénieur, on a eu à effectuer l'avant-projet du sujet proposé par l’IRSTEA concernant « le contrôle de la motorisation d’un robot mobile ». L’IRSTEA est un institut de recherche dans le domaine de la mécanique agricole. Cette étude avait pour but de déterminer la faisabilité du projet ainsi que la mise en œuvre de la partie énergie. Les objectifs sont donc la mise en place d’une nouvelle batterie et d’une carte microcontrôleur. Nous avons trouvé une nouvelle batterie et le système de recharge en pleine utilisation est en train d’être mis en place.*
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*Mots clés :*
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*Robot-Batterie-Branchement à chaud-Microcontrôleur-Modulation à largeur d’impulsions-Liaison série.*
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p=. *%{color:#82B6E1}Abstract%*
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*As part of our final project study last year of engineering school, we had to make the first draft of the proposed topic by IRSTEA on "control of the operator of a mobile robot". The IRSTEA is a research institute in the field of agricultural mechanics. This study aimed to determine the feasibility of the project and the implementation of energy to party. The objectives are the establishment of a new battery and a microcontroller board. We found a new battery and charging system in full use is being implemented.*
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*Keywords:*
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*Robot-Battery-Hotplug-Microcontroller-Pulse width modulation-Serial link*
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p=. *%{color:#82B6E1}Introduction%*
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*L’agriculture est un secteur qui profite depuis de nombreuses années des dernières technologies en date : surveillance des exploitations, automatisations des tâches, optimisation des rendements. Dans un futur proche, ce seront les robots qui feront directement le travail dans les exploitations et ainsi soulageront l’homme dans ce dur labeur.
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C’est dans cette optique que l’Institut de recherche en sciences et technologies pour l’environnement et l’agriculture (IRSTEA) originellement nommé CEMAGREF avant 2012 (Centre national du machinisme agricole, du génie rural, des eaux et des forêts) a été fondé en 1981 pour développer le machinisme agricole et le génie rural.
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Dans le cadre de ses recherches, l’IRSTEA nous a confié un projet concernant le contrôle de la motorisation d’un robot mobile tout-terrain de type Jaguar. L’objectif du projet est la mise en œuvre d’un nouveau système de la gestion d’énergie et également d’une carte comportant un microcontrôleur qui servira d’intermédiaire entre l’ordinateur (PC) et les cartes de puissance.
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On divisera notre rapport en plusieurs parties. Tout d’abord, nous présenterons le sujet, ensuite le cahier de charges du projet puis nous développerons le sujet avec l’étude des différentes problématiques suivie de l’étude théorique et enfin des solutions proposées. Après cela nous présenterons la gestion du projet avec la division en tâches et leur durée et enfin nous ferons le bilan de cette première partie suivie de l’état d’avancement et des perspectives.*
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p=. *%{color:#82B6E1}Présentation du Sujet%*
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*L'IRSTEA est un établissement public à caractère scientifique et technologique français de recherche dans le domaine de l'environnement et de l'agriculture. Les objectifs de l’institut sont la sécurité et la santé des utilisateurs des agroéquipements, l’alliance de performances et du respect de l’environnement pour le matériel agricole et la mise en place de véhicules capables d'évoluer sans intervention humaine, dans un milieu naturel.
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Sur le plan environnemental, l’automatisation des machines devrait permettre selon l'institut la mise en œuvre de pratiques plus précises limitant par exemple les impacts négatifs des produits chimiques. Sur le plan humain, cela devrait permettre une meilleure valorisation du travail de l'agriculteur et plus de sécurité.
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IRSTEA mène en Auvergne des recherches autour de deux axes, l’un sur des innovations technologiques pour l'agriculture raisonnée et pour l'environnement et l’autre avec les acteurs du développement régional et de l'aménagement du territoire en leur fournissant des outils et des méthodes d'aide à la décision, en réalisant des essais et des actions de normalisation et en apportant sa capacité d'expertise.
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Ainsi, dans le cadre de ses recherches, l’IRSTEA nous a confié le projet concernant la gestion bas-niveau de la motorisation d'un robot mobile tout-terrain de type Jaguar.
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Le robot dispose de 4 moteurs à courant continu animant chaque roue du robot. Le pilotage de ces moteurs se fait grâce à un ordinateur de type PC embarqué actuellement surdimensionné pour cette application.
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Egalement le robot dispose de batteries performantes mais coûteuses et fragiles. De plus, la charge de ces batteries se fait pour l'instant en les déconnectant physiquement du robot, interdisant du coup de développer lorsque les batteries sont en charge.
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Dans la première partie, l'objectif sera donc de proposer et d’installer de nouvelles batteries plus robustes et moins chères et ensuite d’ élaborer un système de recharge permettant de faire fonctionner le robot qu'il soit en charge ou non, et ce de manière transparente pour l'utilisateur qui pourra ainsi déconnecter le chargeur pour partir en manipulation avec le robot sans avoir à arrêter l'alimentation de celui-ci.
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Dans la deuxième partie l'objectif est de remplacer l’ordinateur par une carte à base de microcontrôleur donc le rôle sera d’interpréter les ordres de contrôle de type consigne de couple et de vitesse issus de l'ordinateur de haut-niveau et de faire réaliser aux moteurs ces consignes en envoyant les commandes aux cartes de puissance au travers de correcteurs numériques à concevoir. La carte devra également récupérer les informations de position (capteurs incrémentaux) des moteurs et de mettre à la disposition de l'ordinateur de haut-niveau les informations de position et de vitesse de chaque moteur.*
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*Les principales contraintes sont liées au prix de la batterie et la capacité de la batterie à être rechargée pendant son utilisation.
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Au final le robot disposera toujours d'un tel ordinateur mais celui-ci sera dédié à des tâches de plus haut niveau comme la localisation ou l’évitement des obstacles.*
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p(((. -*+Etat actuel+*
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p(((. -*+Etat souhaitée+*
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p=. *%{color:#82B6E1}Cahier des Charges%*
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*Nous avons divisé notre travail en deux fonctions principales l’une sera la gestion de l’énergie et l’autre la réalisation d’une carte microcontrôleur. Pour la première fonction, on a tout ce qui concerne la nouvelle batterie, sa mise en place et sa charge et dans la deuxième tout ce qui est en rapport avec la carte microcontrôleur pour commander le robot. Cependant, pour cette deuxième fonction, on n’a pas toutes les informations car l’objectif était de faire de la gestion d’énergie en GE4A.
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Nous résumerons notre cahier des charges fonctionnel dans les tableaux suivants :*
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*Tableau 1 : F1: Gestion de l’énergie*
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*Tableau 2 : F2 : Réalisation d’une carte microcontrôleur*
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p=. *%{color:#82B6E1}Developpement%*
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*%{color:red}+Problématiques+%*
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*Les différentes problématiques sont :*
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p(((. - *a. Batterie*
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*La première chose à réaliser concerne le choix de la batterie. Cette batterie doit avoir les mêmes caractéristiques que la précédente c’est-à-dire fournir une tension de 24 V et un courant de 10 Ah. En plus de cela, la batterie doit être de technologie différente car l’actuelle, la LIPO (lithium polymère) est très dangereuse en matière de transport et d’état de charge car elle ne doit pas dépasser un certain seuil de décharge car elle risque d’exploser. Donc, la nouvelle technologie doit être plus sure.*
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p(((. - *b. Chargeur*
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*La batterie choisie doit disposer d’un chargeur intelligent qui permet de régler le courant de charge et d’arrêter la charge de la batterie lorsque cette dernière est pleine.*
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p(((. - *c. Branchement à chaud*
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*On appelle branchement à chaud, la capacité de la batterie à pouvoir supporter la charge en pleine utilisation. La nouvelle devra être capable de faire cela car l’ancienne obligeait à arrêter le système, à déconnecter la batterie afin de la charger.*
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p(((. - *d. Protection*
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*La nouvelle batterie devra être protégée par un système qui équilibre la charge des cellules et qui permet d’augmenter leur durée de vie.*
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p(((. - *e. Connectique*
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*Comme que le système de branchement à chaud devrait être mis en place, il faut mettre en place des bornes sur lesquelles on branchera directement la prise du chargeur.*
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p(((. - *f. Devis fournisseur*
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*Après avoir choisi la batterie et le chargeur et éventuellement d’autres composants essentiels à notre système, il faut demander un devis à des fournisseurs qui disposent des éléments requis.*
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p(((. - *g. Choix du microcontrôleur*
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*Pour la deuxième partie du projet, le choix du microcontrôleur est indispensable. Ce microcontrôleur doit être capable de fournir des signaux PWM et de faire de la liaison série.*
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p(((. - *h. Détermination des autres composants de la carte*
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*Au vue des différentes tâches que la carte aura à faire, il faudra faire une étude des composants qui seront sur la carte.*
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*%{color:red}+Faisabilité+%*
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*Pour chaque partie, nous avons fait une étude de faisabilité :
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Compte tenu du volume horaire dont on dispose cette année et de l'année prochaine, la faisabilité de notre projet a été répartie en 2.
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La première qui concerne la gestion de l'énergie avec le choix des batteries qui est réalisable en parallèle avec les 54 h de gestion de projet. Durant cette période on pourra choisir notre batterie et son chargeur ainsi que la technologie électronique derrière pour assurer la charge des cellules et les différentes connectiques. Il s'en suivra la commande de la batterie et du chargeur.
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La deuxième partie, se fera durant les 140 heures de projet en GE5A et on pourra réaliser la carte avec ces différents éléments puis on fera le programme nécessaire pour commander les moteurs via le microcontrôleur et la récupération des données de haut niveau.*
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*%{color:red}+Etude Théorique+%*
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*+a. Partie énergie+*
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*Pour la première partie qui consiste à changer la batterie actuelle à cause des différents problèmes qui ont été expliqués dans la partie problématique parmi eux, la charge qui se fait pour l’instant en les déconnectant physiquement du robot, interdisant du coup de développer lorsque les batteries sont en charge en outre le problème de transport, car la batterie actuelle ne supporte pas les températures élevées, le risque aussi d’explosion en cas de non-respect des seuils de charge et de décharge et le système de chargement qui se fait pour l’instant en les déconnectant physiquement du robot, interdisant du coup de développer lorsque les batteries sont en charge, comme montre la figure ci-dessous.*
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