Conception d'une base mobile pour robot tondeuse

Résumé

Le but de ce projet est de concevoir une base mobile à partir d’un robot Pioneer 3-AT. Cette base mobile est utile aux recherches de notre client mais aussi pour les cours qu’il tient à l’Université Clermont Auvergne. Ce projet intervient sur deux aspects :

  • La mise en œuvre d’une batterie de tests à effectuer sur des robots Pioneer 3-AT qui, pour certains d’entre eux, semble avoir un blocage de roues lors des accélération, causé par des pignons interne complètement usés. Un arbre de défaillances (FTA) lié au pignon en question a été créé, et la réparation des quelques robots qui peuvent l’être a été effectuée.
  • La conception d’une base mobile qui servira de robot tondeuse à notre client dans le cadre de ses cours et de ses recherches. La solution choisie ici est d’utiliser l’architecture mécanique de l’un des robots défectueux pour accueillir le nouveau système embarqué conçu. Le robot est aujourd’hui en phase terminale de conception, certaines tâches restants encore à effectuer.

Mots clefs: Robots, Pioneer 3-AT, Base Mobile, Robot Tondeuse

Abstract

The aim of this project is to design a mobile base from a Pioneer 3-AT. That mobile base is useful for the client’s research but also for the courses he is giving at the “Université Clermont Auvergne”. This project takes place within two aspects:

  • Implementation of test modules to be done on the Pioneer3-AT robots which, for some of them, seems to have a wheel blockage while accelerating, caused by an internal worn-down sprocket. A Fault Tree Analysis (FTA) will be drawn up, while repairing the robots that still can be.
  • The mobile base conception which will be used as a lawn mower to our client within the framework of his courses and his researches. The chosen solution here is to use the mechanical architecture of one of the defective robots to welcome the new embedded system. The robot is presently is the final phase of its conception, some of the tasks still being completed.

Keywords: Robots, Pioneer 3-AT, Mobile Base, Lawn-mower

Remerciements

Dans le cadre de ce projet nous souhaitons tout d’abord remercier l’Institut Pascal pour la confiance qu’il nous a accordé ainsi qu’à son représentant, notre client, pour sa gentillesse et sa patience à notre égard. De plus, nous remercions notre tuteur industriel et nos professeurs du département Génie Électrique de Polytech Clermont-Ferrand pour leur aide et leurs conseils. Ces remerciements vont également à toute personne extérieure qui aura pris le temps de nous aider.

Table des matières

1. Structure du projet

1. Spécifications du produit final

a. Réparation des P3-AT défectueux
b. Cahier des charges de la base mobile

2. Découpage des tâches

a. WBS
b. Gantt prévisionnels et finaux

2. Restauration des robots Pioneer 3-AT

1. Tests effectués

a. Tests matériels
b. Tests logiciels

2. Recherche de la panne
3. Analyse des résultats

a. Arbre de défaillance (FTA)
b. Solution proposée

3. Conception de la base mobile

1. Spécifications et prototypage du système numérique

a. Architecture du système
b. Schéma des circuits prototypes
c. Tests du système et validation

2. Adaptation de la base mécanique du Pioneer 3-AT

a. Rappel des spécifications et solution proposée
b. Travaux effectués

3. Asservissement en vitesse indépendant

a. Étude théorique de l’asservissement
b. Mesure de la vitesse du moteur
d. Implantation et validation

4. Communication avec le monde extérieur (Série)

a. Problématique et solution
b. Implantation et validation

5. Communication interne (SPI)

a. Problématique et choix techniques
b. Implantation et vérifications

Conclusion

Ce projet a été effectué dans le cadre du cursus de Génie Electrique à Polytech Clermont-Ferrand. Ainsi, pour le compte de notre client, M. François Marmoiton, enseignant-chercheur à l’Institut Pascal, nous avons fourni une solution adaptée à ses spécifications quant aux robots Pioneer 3-AT à sa disposition, et conçu une base mobile dont il se servira pour ses recherches et cours, selon le cahier des charges exprimé plus tôt.
Parmi les parties concernées, ont été effectuées :

  • Tests / Détection de la(des) panne(s) sur le Pioneer 3-AT
  • Spécifications du système numérique
  • Spécifications de l’architecture matériel
  • Prototypage du système numérique
  • Mise en place et tests du système numérique sur prototype mécanique
  • Mise en place de l’asservissement indépendant sur chaque côté du robot
  • Prototypage du module de communication entre le système numérique et le monde extérieur.

Ci-après les tâches qu’il reste à effectuer :

  • Optimisation de l’asservissement pour atteindre la précision demandée.
  • Corrections d’erreurs et optimisation de l’architecture matériel
  • Optimisation du contrôle de l’intégrité du système, assurer son fonctionnement en circuit fermé et le protéger de toute éventualité
  • Effectuer la réparation des Pioneer 3-AT
Dans le cas où ce projet serait repris, nous suggérons quelques modifications et améliorations, comme par exemple les fondements du choix quant à l’architecture du système numérique, ou la mise en place de bancs de tests plus exhaustifs et officialisés sur papier. Le choix de rester sur une architecture connue sur lesquels nous avons de l’expérience a influencé la qualité de notre travail de bien des manières : même si les ressources choisies avaient des performances suffisantes, cela nous a coûté plus de ressources matérielles (de nombreux microcontrôleurs, plusieurs PCB, un bus série supplémentaire, etc.), des sources d’erreurs supplémentaires, et du temps de développement (débogage compris) supérieur à si nous étions directement partis sur une architecture plus adapté. Si le choix avait été celui-là, plus de temps aurait été disponible aujourd’hui pour complètement terminer le projet et plus particulièrement l’asservissement qui nous a pris beaucoup plus de temps que prévu.
Les recherches menées sur ce sujet peuvent, et devraient, être poursuivies selon le schéma suivant :
  • Utiliser des composants plus précis et plus rapide pour avoir une réponse indicielle plus précise des moteurs embarqués, pour ainsi peaufiner les coefficients PID
  • Regrouper toute l’architecture numérique sur un seul microcontrôleur haut de gamme
  • Développer une IHM plus complète
  • Augmenter la protection et l’intégrité du système

Ce projet s’est toutefois révélé très enrichissant dans la mesure où il nous a montré une approche concrète du métier d’ingénieur. La prise d’initiatives, le travail en équipe, le respect des délais, et même apprendre de nos erreurs, seront des aspects essentiels de notre futur métier.