P14AB03 Contrôle de la motorisation d'un robot mobile » History » Version 26

axel BARRIEUX, 04/06/2021 01:46 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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*L’objectif maintenant est de choisir une autre technologie de batterie pour remplacer l’existante, mais le choix de cette dernier est crucial dans le processus de conception d’un robot mobile puisqu’il implique d’importantes contraintes au niveau de la conception mécanique et de l’autonomie électrique. Effectivement, le volume occupé par les batteries et le poids qu’elles possèdent influencent de façon importante la conception mécanique au niveau de la disposition des éléments et au niveau du choix des moteurs. Il est donc inévitablement nécessaire de faire des compromis entre autonomie électrique et poids des batteries pour ainsi obtenir un robot qui offre des performances en accélération satisfaisantes et une autonomie électrique également satisfaisante.
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Sur le papier, le principe est relativement simple et paraît d’une fiabilité extrême. Dans la réalité, des problèmes de détérioration apparaissent au fil des cycles de charge/décharge, limitant les performances de la batterie. La quantité d’énergie que celle-ci peut stocker décroît ou alors elle ne peut plus restituer la totalité de l’énergie emmagasinée*
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*Pour juger des performances d’une batterie, divers facteurs sont à prendre en considération :
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 le rapport entre l’énergie stockée et le poids de la batterie (ou entre la puissance fournie et le poids)
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 le rapport entre l’énergie stockée et le volume de la batterie (ou entre la puissance fournie et le volume)
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 le taux de décharge admissible (proportion de l’énergie accumulée que l’on peut récupérer sans -trop- détériorer la batterie) ;
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 le cyclage maximum (nombre maximum de cycles charge/décharge qu’une batterie peut supporter avant d’être hors d’usage). On parle aussi de « cyclabilité » c’est-à-dire de l’aptitude de la batterie à supporter des cycles successifs charge-décharge ;
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 la tendance à l’autodécharge.
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Il faut aussi considérer la vitesse à laquelle la batterie peut être rechargée et, en fonction de l’usage prévue, savoir si la batterie est à forte densité de puissance, c’est-à-dire si elle peut fournir une forte puissance pendant un temps court (par exemple pour les robots mobiles) ou si elle est plutôt à forte densité d’énergie, c’est-à-dire apte à délivrer une faible puissance mais pendant un temps plus long.
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Sur un tout autre aspect, au niveau de la sécurité, il faut éliminer les risques de dissémination de produits dangereux et toxiques, ainsi que les risques d’explosion, y compris en cas de non-respect des règles d’utilisation.*
191 13 axel BARRIEUX
192 13 axel BARRIEUX
*+b. Les divers types de batteries traitées+*
193 13 axel BARRIEUX
*Pour choisir une nouvelle batterie, une étude des quelques technologies a été faite pour déterminer les avantages et les inconvénients :*
194 13 axel BARRIEUX
195 13 axel BARRIEUX
p(((. *Les batteries au plomb
196 13 axel BARRIEUX
Elles fonctionnent avec une électrode de plomb métal et une électrode d’oxyde de plomb (PbO2?) ; l’électrolyte est de l’acide sulfurique dilué.
197 13 axel BARRIEUX
C’est le type d’accumulateurs bien connu et largement utilisé dans les véhicules routiers (batteries dites de » démarrage »).
198 13 axel BARRIEUX
Des variantes ont été développées, notamment les batteries « à clapets » ou « à soupapes » ou « scellées », ces dernières ne nécessitant pas de maintenance du fait de l’utilisation d’un électrolyte solide.
199 13 axel BARRIEUX
La cyclabilité est plutôt faible.*
200 13 axel BARRIEUX
201 13 axel BARRIEUX
*A ce jour, le marché des batteries au plomb est orienté vers 3 utilisations principales :
202 13 axel BARRIEUX
- les batteries de démarrage pour véhicules à moteur thermique ;
203 13 axel BARRIEUX
- les batteries de traction pour des véhicules de manutention (chariots-élévateurs, chariots de gare…) et certains véhicules ferroviaires ;
204 13 axel BARRIEUX
- l’alimentation d’installations ne pouvant pas supporter de coupures d’alimentation électrique (hôpitaux, équipements informatiques…).
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Densité d’énergie1 : ~40Wh/kg (80 Wh/l) ; densité de puissance : ~200W/kg*
206 13 axel BARRIEUX
207 13 axel BARRIEUX
p(((. Les batteries lithium ion
208 13 axel BARRIEUX
209 13 axel BARRIEUX
p(((. *Elles fonctionnent selon une réaction réversible d’« intercalation » : des atomes de lithium. Par rapport aux autres, ces batteries sont performantes, à la fois au niveau de la puissance et de l’énergie stockée. l'auto-décharge est aussi relativement faible par rapport à d'autres accumulateurs. Cependant le coût reste important
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Densité d’énergie : ~150 Wh/kg (300 Wh/l) ; densité de puissance : ~5 et plus kW/kg*
211 13 axel BARRIEUX
212 13 axel BARRIEUX
p(((. Les batteries lithium ion polymères
213 13 axel BARRIEUX
214 13 axel BARRIEUX
p(((. *Le principe est identique au type précédent. La différence majeure est l’électrolyte qui cette fois est solide et qui est composé de polymères qui assurent la circulation des ions lithium entre les 2 électrodes. L’avantage de cette architecture est lié à l’absence de liquide dans la batterie.
215 13 axel BARRIEUX
Densité d’énergie : ~170 Wh/kg (300 Wh/l) ; densité de puissance : ~600 W/kg*
216 13 axel BARRIEUX
217 13 axel BARRIEUX
p(((. Les batteries lithium métal polymères
218 13 axel BARRIEUX
219 13 axel BARRIEUX
p(((. *Par rapport aux batteries lithium ion, le lithium métal polymères est issues d’une technologie développée récemment l’évolution concerne la nature de la cathode : il s’agit ici de lithium métallique. Les accumulateurs au phosphate de fer à la cathode sont moins couteux, non toxiques et plus stables et sûrs (ne libère pas d’oxygène lors de l’utilisation).
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Densité d’énergie : ~220 Wh/kg (350 Wh/l)*
221 13 axel BARRIEUX
222 13 axel BARRIEUX
*+c. Systèmes de chargement+*
223 13 axel BARRIEUX
224 13 axel BARRIEUX
*Pour la partie branchement à chaud la solution retenue qui permet de 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. Le schéma ci-dessous élabore cette solution qui consiste a réalisé un boitier dans lequel sera intégrer notre chargeur et aussi l’alimentation qui permet la continuation de l’alimentation au moment de chargement de la batterie à la sortie de note boitier on aura un simple câble qui sera brancher ou débrancher facilement sur notre robot comme la montre la figure ci-dessous.*
225 14 axel BARRIEUX
226 14 axel BARRIEUX
p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16063/P14AB039_20140429021450_20140429021505.png!
227 14 axel BARRIEUX
228 14 axel BARRIEUX
*Pour le schéma électrique du branchement a chaud il consiste à ajouter un relais 2RT ce dernier est un organe électrique permettant de dissocier la partie puissance de la partie commande, en fait il permet l’ouverture/fermeture d’un circuit électrique par un second circuit, dans notre système il a un rôle primordial au moment de branchement de notre chargeur et notre alimentation secondaire, la commutation du relais permet d’alimenter cette fois notre système avec l’alimentation choisit de 24/5A ce qui assure à l’utilisateur le fonctionnement normal du robot même au moment de chargement des batteries qui ce fait à ce temps-là. Et deuxièmes il empêche tous dysfonctionnement que le chargeur peut causer au système au moment de la charge de batterie. Une diode de puissance est aussi utilisée ce qui permet de protéger notre alimentation au moment du branchement afin d’éviter que le courant passe dans l’alimentation.*
229 15 axel BARRIEUX
230 15 axel BARRIEUX
p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16064/P14AB0311_20140429022023_20140429022056.png!
231 16 axel BARRIEUX
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---
235 16 axel BARRIEUX
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*%{color:red}+Solutions+%*
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*Les solutions proposées pour chaque partie sont les suivantes :*
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p(((. *a. Batterie*
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*La solution retenue a été la technologie lifepo4 (lithium fer phosphate) et une batterie de ce type a été choisie (voir annexe 3). La batterie a été retenue pour les avantages qu’il présente comme la sécurité,*
243 17 axel BARRIEUX
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p(((. *b. Chargeur*
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*Après avoir choisi la batterie, le chargeur de l’ancienne batterie a été retenu car il est compatible avec la nouvelle technologie (voir annexe 4).*
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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.*
251 17 axel BARRIEUX
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p(((. *d. Protection*
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*Les modèles de batteries ont un système de gestion de batterie (BMS). BMS surveille les principaux paramètres opérationnels pendant le chargement et le déchargement tels que les tensions, les courants et les températures internes. Il y a trois principaux objectifs communs à tous les systèmes de gestion de la batterie (BMS) sont:
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Protéger les cellules ou la batterie de dommages causés par la surcharge ou de décharge trop faible.
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Prolonger la durée de vie de la batterie avec l'équilibrage de cellule.
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Maintenir la batterie dans un état de fonctionnement sûr. Il permet aussi la protection de nos batterie en l'empêchant de fonctionner en dehors de sa plage de fonctionnement typique, surintensité, surtension (lors du chargement) et sous-tension (lors de la décharge) à l’aide des interrupteur interne ou des dispositifs externes à la batteries qui permettent de réduire ou de mettre fin à son utilisation en outre le système BMS permet aussi Le contrôle de l’environnement afin d’éviter les sous-température, par des radiateurs, des ventilateurs, ou des réfrigérant liquide.
258 17 axel BARRIEUX
Pour notre batterie, ce système est directement intégré.*
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p(((. *e. Connectique*
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*Pour cette partie nous allons relier les 2 bornes de la batterie et faire une prise sur laquelle le chargeur sera directement branché.*
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p(((. *f. Devis fournisseur*
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*La batterie étant trouvée chez un fournisseur américain, on a décidé de contacter un intermédiaire en France qui va se charger de l’acheter. Il s’agit de « Varenne PSM » qui nous a fourni un devis (voir annexe 5).*
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p(((. *g. Choix du microcontrôleur*
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271 17 axel BARRIEUX
*Un robot mobile devant raisonner dans le but d’accomplir différentes tâche et doit être muni de différents capteurs et actuateurs interfacés par une unité de traitement informatique (microcontrôleur ou ordinateur embarqué).
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Que cherchons-nous à faire généralement?
273 17 axel BARRIEUX
Les robots mobiles sont souvent munis de moteurs DC (courant-continue). En général, nous désirons les contrôler en vitesse ou en position, grâce à une boucle de contrôle performante (exemple: contrôleur PID). Mais un contrôleur individuel pour chacun des moteurs n’est peut-être pas la solution désirée. Il existe donc différentes architectures possibles permettant d’implanter différents types de contrôleur.
274 17 axel BARRIEUX
Mais parfois, un contrôleur individuel pour chacun des moteurs n’est peut-être pas la solution désirée. Il existe donc différentes architectures possibles permettant d’implanter différents types de contrôleur.
275 17 axel BARRIEUX
La conception électrique et électronique doit débuter avec le choix de l’architecture. Le choix de l’architecture du système électrique et électronique constitue en fait l’identification de toutes les composantes qui formeront le système. Nous pouvons diviser cette architecture en deux sections, soit l’alimentation et l’électronique de contrôle.*
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*Les sections suivantes présentent l’architecture qui a été retenue.*
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281 18 axel BARRIEUX
*Elle doit être constituée dans un premier temps d’une unité de commande (ordinateur embarqué) actuellement existant pour notre projet qui permet d’implanter les différents algorithmes désirés. Ensuite, un système (carte de contrôle) permettant l’asservissement des moteurs et la récupération des informations sur la vitesse et la position des moteurs à envoyer vers unité de commande. Ce système est constitué d’une carte de contrôle de moteurs effectuant l’asservissement et permettant l’acquisition des signaux d’encodeurs des moteurs et de générer les signaux de commande appropriée et finalement de circuits amplificateurs (Amplification) déjà existants dans notre projet permettant de transmettre la commande désirée aux moteurs.*
282 18 axel BARRIEUX
283 18 axel BARRIEUX
*Les avantages du circuit à micro-contrôleur sont principalement sa simplicité, son économie d’énergie et le petit volume qu’il occupe, il est aussi intéressant puisqu’il permet d’implanter les algorithmes de contrôle comme nous le jugeons nécessaire.
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Après avoir retenue la solution matérielle, Il était important de bien comprendre le fonctionnement du système de contrôle des moteurs pour ainsi le maîtriser. Ce système peut être résumé par le schéma-bloc présenté à la figure.*
285 18 axel BARRIEUX
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287 19 axel BARRIEUX
288 19 axel BARRIEUX
*La carte a réalisé vas permettre tout d’abord la mesure de l’erreur sur l’orientation et la vitesse du moteur qui sera traité par d’un bloc PID (correcteur intégrale dérivée) qui est en fait un compensateur avec gain prévu sur la vitesse désirée. Ce dernier sera chargé d’envoyé au moteur les consignes de vitesse sous forme de PWM(le fonctionnement du PWM est décrit dans la partie suivante) et le sens de la rotation désiré. Ces signaux sont reçus par le pont en H (carte de puissance des moteurs) qui s’occupera d’amplifier le signal selon le sens de rotation désiré. En finale, le moteur réagira à la tension reçue du pont en H et la vitesse du moteur pourra être mesurée par le contrôleur grâce à l’encodeur du moteur.
289 19 axel BARRIEUX
+Fonctionnement du pont H+
290 19 axel BARRIEUX
Le pont en H qui représentes les cartes de puissances pour les moteurs, dans notre cas il existe déjà, son rôle principal et d’amplifié les signaux provenant de la carte de contrôle en tensions et en courants tout en respectant le sens de rotation, afin de transmettre aux moteurs les signaux de commande. Les ponts en H sont beaucoup plus efficaces au niveau énergétique que des amplificateurs linéaires. Ce qui est pratique pour notre système qui travaille sous une alimentation à batterie embarquée.*
291 20 axel BARRIEUX
292 20 axel BARRIEUX
p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16073/P14AB0314_20140429023503_20140429023659.png!
293 20 axel BARRIEUX
294 20 axel BARRIEUX
*Grâce au pont en H, ce circuit permet de contrôler la vitesse d’un moteur DC en amplifiant la tension et le courant du signal provenant des cartes d’asservissement tout en respectant le sens de rotation demandé.*
295 20 axel BARRIEUX
296 20 axel BARRIEUX
*Pourquoi PWM ?
297 20 axel BARRIEUX
Comment faire varier la vitesse d'un moteur ?
298 20 axel BARRIEUX
Un moteur à courant continu alimenté par une tension U peut être modélisé par une résistance r en série avec une inductance L, E étant la force électromotrice du moteur:*
299 21 axel BARRIEUX
300 21 axel BARRIEUX
p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16074/P14AB0315_20140429024642_20140429024708.png!
301 21 axel BARRIEUX
302 21 axel BARRIEUX
p(((. *On remarque que Pour modifier la vitesse de rotation d'un moteur, il faut faire varier la fem ( force électromotrice ) en agissant sur:
303 21 axel BARRIEUX
la tension U => Commande en tension
304 21 axel BARRIEUX
le courant I => Commande du couple*
305 21 axel BARRIEUX
306 21 axel BARRIEUX
*PWM ou (Modulation en Largeur d'Impulsions) consiste à alimenter le moteur avec une tension en créneaux. La tension moyenne dépend alors du rapport cyclique La vitesse varie en fonction de cette tension moyenne.*
307 22 axel BARRIEUX
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309 22 axel BARRIEUX
310 22 axel BARRIEUX
*Il y a deux avantages principaux de piloter la vitesse d'un moteur en PWM c’est tout d’abord que le moteur peut être piloté par une sortie numérique d'un microcontrôleur notre carte de asservissement dans ce cas et aussi il permet l’amélioration considérable du rendement énergétique ce qui est pratique pour notre système.*
311 22 axel BARRIEUX
312 22 axel BARRIEUX
313 22 axel BARRIEUX
*Commande par pc embarqués :*
314 22 axel BARRIEUX
315 22 axel BARRIEUX
*Pour les commandes provenant du pc embarqué il existe différents bus série et parallèle qui sont disponibles et qui permet la communication pc et carte de contrôle. Étant donné qu’on aura un programme du côté carte (Robot) et un programme du côté du PC qui contrôle le robot, ces deux programmes doivent communiquer entre eux. La solution retenue par la communication est une liaison série (RS232), cette liaison est fréquemment utilisée dans l’industrie pour connecter différents appareils électroniques (automate, appareil de mesure, etc).*
316 23 axel BARRIEUX
317 23 axel BARRIEUX
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318 23 axel BARRIEUX
319 23 axel BARRIEUX
---
320 23 axel BARRIEUX
321 23 axel BARRIEUX
p=. *%{color:#82B6E1}gestion de projet%*
322 23 axel BARRIEUX
323 23 axel BARRIEUX
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324 23 axel BARRIEUX
325 23 axel BARRIEUX
*%{color:red}+W.B.S.+%*
326 23 axel BARRIEUX
*Nous avons divisé notre travail en plusieurs tâches comme le montre l’organigramme (voir annexe 1). Conformément à la division du projet en deux parties, on a basé notre organigramme des tâches sur cette division en rajoutant une troisième partie qui consiste à faire des tests à la fin de la réalisation des deux premières parties. Sur la première, la subdivision s’est faite en plusieurs sous partie qui sont : le choix et la commande de la batterie ainsi que d’éventuels composants nécessaires mais aussi le système de charge et la connectique à mettre en place. Ensuite sur la deuxième, nous faisons encore une subdivision à savoir : le choix du microcontrôleur, des autres éléments de la carte mais aussi la sous-traitance à faire pour la fabrication de la carte après réalisation du schéma et enfin la programmation permettant de faire fonctionner le robot.*
327 24 axel BARRIEUX
328 24 axel BARRIEUX
p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16077/P14AB0318_20140429025011_20140429025027.png!
329 24 axel BARRIEUX
330 24 axel BARRIEUX
---
331 24 axel BARRIEUX
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p=. *%{color:#82B6E1}Gantt%*
333 24 axel BARRIEUX
*A partir de l’organigramme des tâches, le diagramme de Gantt a été fait. La division a été faite en fonction temps disponible qui est de 228 jours (les vacances scolaires de juillet et d’aout inclus). Deux diagrammes de Gantt sont réalisés. Le premier (voir annexe 2) qui dure 58 jours concerne la partie GE4A qui est reliée à la gestion de l’énergie où une étude a été faite durant huit jours et pendant les heures réservées au projet. Ensuite, pendant les 23 jours suivants, la recherche et le choix de la batterie et du chargeur ont pris place suivi de 24 jours d’étude de la connectique et du branchement à chaud et enfin le demande de devis en 6 jours.
334 24 axel BARRIEUX
Pour le deuxième diagramme (voir annexe 2), le travail qui se déroulera sur 70 jours à partir du mois de septembre, l’étude de la carte se fera sur 12 jours suivie du choix des composants (un des étudiants s’occupera du choix du microcontrôleur et l’autre des autres éléments) en 7 jours. Après cela les 24 jours de sous-traitance viennent et en même temps, nous commenceront à programmer sachant que le microcontrôleur est connu. Avec 10 jours de plus, pour continuer la programmation et durant les onze jours suivants, l’implantation du programme se fera sur la carte et les 16 jours restant serviront à faire les tests et à apporter les modifications nécessaires.
335 24 axel BARRIEUX
NB : le diagramme a été fait en fonction des jours cependant, on ne travaille sur le projet que durant les jours où des heures de projet sont réservées dans l’emploi du temps.
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Diagramme en GE4A :*
337 25 axel BARRIEUX
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340 25 axel BARRIEUX
*Diagramme en GE5A :*
341 26 axel BARRIEUX
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343 26 axel BARRIEUX
344 26 axel BARRIEUX
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345 26 axel BARRIEUX
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p=. *%{color:#82B6E1}Bilan%*
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*Durant cette première partie du projet, on a travaillé en équipe avec une bonne division des tâches. On a choisi notre batterie avec un système de protection intégré et également notre chargeur et la connectique à mettre en place. On a également fait une demande de devis à un fournisseur. Cependant, nous n’avons pas fini la partie concernant le branchement à chaud et par conséquent, on devra prendre quelques heures du GE5 pour boucler cette partie.*
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351 26 axel BARRIEUX
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p=. *%{color:#82B6E1}Etat d'avancement%*
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*Nous avons beaucoup avancé sur la première partie du projet mais il reste à terminer le système qui permet le branchement à chaud et à faire la commande des éléments nécessaires. Et en GE5A nous attaquerons la réalisation de la carte après avoir terminé cette première partie.*
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356 26 axel BARRIEUX
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357 26 axel BARRIEUX
358 26 axel BARRIEUX
*Analyse Critique*
359 26 axel BARRIEUX
360 26 axel BARRIEUX
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361 26 axel BARRIEUX
362 26 axel BARRIEUX
*Perspectives*
363 26 axel BARRIEUX
364 26 axel BARRIEUX
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365 26 axel BARRIEUX
366 26 axel BARRIEUX
*Bibliographie*
367 26 axel BARRIEUX
368 26 axel BARRIEUX
p(((. 	Fournisseur de la batterie
369 26 axel BARRIEUX
Adresse URL : http://store.starkpower.com/24V-10Ah-StarkPower-UltraEnergy-Lithium-Ion-Battery-LiFePO-Energy-Storage-Battery_p_25.html
370 26 axel BARRIEUX
Fournisseur de la batterie
371 26 axel BARRIEUX
Adresse URL : http://www.tenergy.com/01322
372 26 axel BARRIEUX
373 26 axel BARRIEUX
p(((. Robot jaguar présentation 
374 26 axel BARRIEUX
375 26 axel BARRIEUX
p(((. Adresse URL : http://jaguar.drrobot.com/specification_4x4w.asp#4wch
376 26 axel BARRIEUX
377 26 axel BARRIEUX
p(((. Simulateur de Microcontroleur PIC18 : signal PWM
378 26 axel BARRIEUX
http://public.iutenligne.net/etudesrealisations/guinand/uControleur/le_signal_pwm.html
379 26 axel BARRIEUX
380 26 axel BARRIEUX
p(((. analyse batterie lipo et lifepo4
381 26 axel BARRIEUX
http://airsoft.frenchboard.com/t18-les-lipos-li-ion-dossier-complet
382 26 axel BARRIEUX
383 26 axel BARRIEUX
p(((. caractéristique batteries
384 26 axel BARRIEUX
http://www.aero-hesbaye.be/batteries.htm
385 26 axel BARRIEUX
386 26 axel BARRIEUX
p(((. chargeur batterie
387 26 axel BARRIEUX
http://www.heli4.com/article541.html
388 26 axel BARRIEUX
389 26 axel BARRIEUX
p(((. Electronique : Relais
390 26 axel BARRIEUX
http://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_relais.html