Activité – Commander les déplacements d’un robot convoyeur suiveur de ligne – Sciences de l’ingénieur

Commander les déplacements d’un robot convoyeur suiveur de ligne

Problématique   :

On souhaite ici commander les déplacements d’un robot convoyeur afin qu’il soit en mesure de suivre une ligne au sol (ligne noire sur fond blanc). Cette commande sera assurée par la mise en place d’un traitement en logique combinatoire (association de plusieurs opérateurs logiques).

Matériel utile   :

- Ordinateur + logiciel Matlab / Simulink- Base robotique dotée de :

3 capteurs de lignes ; 1 carte de traitement Arduino ; 1 carte de commande moteurs2 moteurs électriques ; Alimentation par piles

Objectif 1   : Décrire l’organisation matérielle du robot

Q1. Sur la photo ci-dessous, repérer à l’aide de textes et de flèches, les éléments suivants : 3 capteurs de lignes ; 1 carte Arduino ; 1 carte de commande moteurs ; 2 moteurs électriques ; Alimentation par piles

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Avant durobot

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Voici le schéma d’interfaçage très simplifié des éléments (3 capteurs de lignes, 1 carte de traitement Arduino, 1 carte de commande moteurs, 2 moteurs électriques, alimentation par piles) du robot convoyeur suiveur de ligne :

Principe de récupération des données numériques à traiter   :

La carte Arduino va, ici seulement, transmettre à l’ordinateur, via le câble USB, les données numériques représentatives de l’état des capteurs de ligne. Le logiciel Matlab Simulink installé sur l’ordinateur va permettre de traiter numériquement les données issues de ces capteurs et de transmettre à la carte Arduino des ordres de commande moteur.

Q2. Compléter la représentation fonctionnelle simplifiée du robot décrit précédemment :

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Capteur de ligne droit

Liaisons représentatives d’un échange d’information

sous forme électrique

Remarque :Le schéma est ici volontairement très simplifié (toutes les connexions n’apparaissent pas) afin d’en faciliter sa lecture

CHAINE D’INFORMATION

TRAITERCarte Arduino

ACQUERIR COMMUNIQUER

Données numériques

Grandeur physique : TRAITEROrdinateur associé au

logiciel Matlab

Capteur de ligne central

Capteur de ligne gauche

Carte de commande

moteursMoteur droit

Moteur gauche

CHAINE D’ENERGIE

Effectuerun

déplacement

Robot immobile

ALIMENTER CONVERTIRDISTRIBUERCarte

commande moteur

TRANSMETTRETrains

d’engrenagesRoue

Alimentation

Energie électrique Energie mécanique de rotation

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Objectif 2   : Analyser les données numériques issues des capteurs de ligne

On souhaite ici essayer d’établir un lien entre les données numériques issues des capteurs de ligne et la présence (noir détecté) ou l’absence (blanc détecté). On souhaite également déterminer à quelle donnée numérique correspond quel capteur (gauche, droite ou central).

Q3. Vérifier que l’alimentation par pile soit coupée (interrupteur sur OFF ou pile retirée). Ouvrir puis compléter le fichier Matlab / Simulink RobotSuiveurA.slx afin de pouvoir :

- visualiser les valeurs de sortie des blocs capteurs de ligne- imposer la valeur d’une constante en entrée du bloc de commande moteur 2

Connecter la carte Arduino du robot au port USB d’un ordinateur. Afin lancer la simulation en cliquant sur le bouton :

SetupArduino1

COM9

Arduino IO Setup

Real-Time PacerSpeedup = 1

Real-Time Pacer

0

Commande moteur 1Display

Vitessemoteurs

Out1

Bloc représentatif du capteur ligne 1

Out1

Bloc représentatif du capteur ligne 2

Out1

Bloc représentatif du capteur ligne 3

In1

Bloc représentatif de la commandeen rotation du moteur 1

In1

Bloc représentatif de la commandeen rotation du moteur 2

Q3. Individuellement à tour de rôle, déplacer successivement et EXTREMEMENT DELICATEMENT le robot sur la ligne noire (sur fond blanc) disponible en visualisant, sur Matlab / Simulink, l’évolution des données numériques associées. Expliquer le plus précisément possible comment évoluent les données numériques en fonction de la position de la ligne noire. Faire valider la réponse à cette question par le professeur avant de poursuivre. Bien penser à cliquer sur le bouton d’arrêt de simulation avant de déconnecter la carte Arduino si besoin.

Q4. Mettre à jour le nom des blocs représentatifs des capteurs de ligne en remplaçant 1, 2 ,3 par central, gauche, droite. Enregistrer dans vos documents personnels le fichier sous le nom RobotSuiveurB.slx

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Q5. Individuellement à tour de rôle, maintenir EXTREMEMENT DELICATEMENT le robot en l’air et commander la rotation des moteurs en imposant une valeur de constante égale à 1 en entrée des blocs de commande moteur. Expliquer le plus précisément possible comment se comportent les moteurs en fonction de la valeur des constantes associées. Faire valider la réponse à cette question par le professeur avant de poursuivre.

Q6. Mettre à jour le nom des blocs représentatifs des commandes moteurs en remplaçant moteur 1, 2 par gauche, droite. Enregistrer dans vos documents personnels le fichier sous le nom RobotSuiveurB.slx.

Q7. Compléter le tableau ci-dessous en indiquant le comportement du robot dans les cas suivants :

Commande moteur droit Commande moteur gauche Comportement du robot0 00 11 01 1

Q8. Compléter le tableau ci-dessous pour les différents positionnements de la ligne

Valeur numérique en sortie du bloc « Capteur

de ligne gauche »

Valeur numérique en sortie du bloc « Capteur

de ligne central »

Valeur numérique en sortie du bloc « Capteur

de ligne droite »

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Capteur droit

Capteur gauche

Capteur droit

Capteur gauche

Capteur droit

Capteur gauche

Capteur droit

Capteur gauche

Capteur droit

Capteur gauche

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Objectif 3   : Mise en place d’un traitement numérique en vue de suivre la ligne

Q9. Compléter le tableau, autrement appelé table de vérité, afin de permettre le suivi de la ligne par le robot de façon la plus sécurisée possible :

Capteur gauche

G

Capteur central

C

Capteur droit

D

Déplacement souhaité pour le robot

Commande moteur gauche

MD

Commande moteur droit

MG

0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1

Q10. Justifier par un calcul et une phrase le fait que le tableau ci-dessus ait 8 lignes.

Q11. A partir de la table de vérité, écrire les équations logiques.

Les équations logiques précédentes peuvent plus simplement s’écrire :

MG = D . (G + C) MD = G . (C + D)

Q12. Dessiner au brouillon le schéma associant plusieurs opérateurs logiques (logigramme) afin d’obtenir le résultat décrit dans la table de vérité.

Sur l’ordinateur, ouvrir votre fichier Matlab / Simulink RobotSuiveurB.slx puis saisir le logigramme trouvé à la question précédente. Connecter la carte Arduino à l’ordinateur et lancer la simulation. Vérifier que le suivi de ligne est correctement réalisé.

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