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Projet Personnel Encadré ROBOT SUIVEUR DE LIGNE Année 2006-2007 Groupe 6 BONNAVENT Marion CORNAND Benoit COTTAZ Jérémy DESPRES Stéphanie

Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

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Dossier de présentation du Projet Personnel encadré de Terminale S SI au lycée La Martinière Monplaisir. Sujet : Robot Suiveur de Ligne

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Page 1: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

Projet Personnel Encadré

ROBOT SUIVEUR DE LIGNE

Année 2006-2007

Groupe 6

BONNAVENT Marion

CORNAND Benoit

COTTAZ Jérémy

DESPRES Stéphanie

Page 2: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

REMERCIEMENTS

Nous souhaitons remercier les personnes qui nous ont aidés et soutenues tout au long de l’année

à la concrétisation de notre projet :

- nos professeurs de Sciences de l'Ingénieur, M. Jean-François BERTHA (professeur de Génie

Mécanique) et M. Jean-Pierre BURGHARDT (professeur de Génie Electronique), pour leurs

disponibilités et leurs explications fournies.

- les relations extérieures au lycée qui ont su nous apporter des renseignements et des précisions.

- aux documentalistes du lycée pour leur coopération.

- au lycée La Martinière Monplaisir pour ses nombreuses structures informatiques et technologiques.

Page 3: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

SOMMAIRE

INTRODUCTION ....................................................................................................................................page 1

PLANNING PRÉVISIONNEL ................................................................................................................... page 2

1. ANALYSE FONCTIONNELLE................................................................................................................page 3

1.1. Expression fonctionnelle du besoin .......................................................................................page 4

1.3. Algorigramme .........................................................................................................................page 4

1.4. F.A.S.T ...................................................................................................................................page 6

2. ETUDE ÉLECTRONIQUE ....................................................................................................................page 7

2.1. Microcontrôleur : Pic Basic ....................................................................................................page 8

2.2. Capteurs ................................................................................................................................page 9

2.3. Conception des cartes électroniques................................................................................... page 10

3. ETUDE MÉCANIQUE ...................................................................................................................... page 14

3.1. Motoréducteur ..................................................................................................................... page 15

3.2. Calculs Mécaniques et Conception .................................................................................... page 16

3.4. Etablissement du Bon de Commande ............................................................................... page 18

CONCLUSION ................................................................................................................................... page 19

GLOSSAIRE ...................................................................................................................................... page 20

BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................ page 20

SCHÉMAS ET MODÉLISATIONS ........................................................................................................ Annexes

Page 4: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

INTRODUCTION

Thème : LA ROBOTIQUE

Sous thème : LE ROBOT « SUIVEUR DE LIGNE »

Problématique : COMMENT PEUT-ON FAIRE ÉVOLUER UN SYSTÈME DE FAÇON

AUTONOME SUR UN PARCOURS PRÉÉTABLI ?

C’est à l’issue de l’année de Première Ssi, avec les TPE, (Travaux personnels encadrés), que

se sont déroulés dès la rentrée 2007 en classe de terminale Ssi les PPE (projet personnel encadré).

Le projet, mené en classe de première, par deux membres du groupe (Mlles BONNAVENT Marion et

DESPRÈS Stéphanie) fut récupéré, réétudié et modifié par ces dernières, mais également par deux

autres élèves de Terminale Ssi (M. CORNAND Benoît et M. COTTAZ Jérémy). Une réalisation qui a

transformé un « robot détecteur d’obstacles » en un « robot suiveur de ligne », pour ainsi répondre à

la problématique :

Comment peut-on faire évoluer un système de façon autonome sur un parcours préétabli ?

Ce projet a permis aux membres du groupe d’appliquer au mieux leurs acquis en SI (sciences de

l’ingénieur) puisque c’est l’unique discipline dans laquelle il est possible de développer ces PPE.

Le robot « suiveur de ligne » a été le projet capable de nous faire étudier, réaliser et mettre au

point un équipement robotisé sur les aspects mécanique, électrique et informatique, tous constitutifs

des sciences de l’ingénieur.

L’objectif a été de fabriquer un robot « suiveur de ligne » qui fonctionne en respectant les contraintes

imposées par le cahier des charges fonctionnelles. Pour arriver à cette finalité, dans un premier

temps, nous avons entrepris une analyse fonctionnelle, puis des études mécanique et électrique

simultanément, pour finalement aboutir sur la conception d’un prototype.

PPE 1

Page 5: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

PLANNING PRÉVISIONNEL

5 novembre :

- Acquisition du cahier des charges (4 membres)

- Répartition des tâches : planning prévisionnel (4 membres)

12 novembre :

- Reprise de l’analyse fonctionnelle (4 membres)

- Nouvelle répartition des tâches (4 membres)

19 novembre :

- Recherche : capteur et PIC BASIC (Bonnavent - Cornand)

- Recherche : moteur et calculs mécaniques (Cottaz - Despres)

26 novembre :

- Choix des capteurs et PIC BASIC (Bonnavent – Cornand)

- Choix des moteurs (Cottaz - Despres)

1er décembre :

- Conception de la carte électronique

- Dimensionnement du moteur

8 décembre :

- Présentation orale 

- Conception du schéma global de la carte électronique

- Choix final du moto-réducteur

15 décembre :

- Choix des composants de la carte électronique

- Conception du châssis

22 décembre :

- Conception et modélisation MULTISIM de la carte électronique

- Conception et modélisation SOLIDWORKS du châssis

- Rédaction du bon de commande

5 janvier :

- Séparation de la carte électronique en plusieurs cartes

- Conception et modélisation du système de réglage des capteurs

12 janvier :

- Programmation du PIC BASIC

- Réalisation des typons

- Mise en plan du châssis

17 janvier :

- Programmation du PIC BASIC et réalisation des typons

- Modélisation du robot

22 janvier :

- Bilan et réalisation.

PPE 2

Page 6: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

ANALYSE FONCTIONNELLE

PPE 3

Page 7: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

1.1. EXPRESSION FONCTIONNELLE DU BESOIN

Voici une manière simple de lire ce diagramme ; il répond à trois questions :

- A qui le produit rend-il service ? Le produit rend service à l’utilisateur

- Sur quoi agit le produit ? Le produit agit sur le trajet qu’il doit parcourir en suivant la ligne noire.

- Dans quel but ? Dans le but de suivre un parcours préétabli de façon autonome

1.2. ALGORIGRAMME

L’Algorigramme (ou organigramme) est un diagramme qui se lit à différents niveaux. Ici, le

système est abordé de deux points de vue différents.

Le diagramme est une suite de directives composées d’actions et de décisions qui doivent être

exécutées selon un enchaînement strict pour réaliser une tache (appelée : séquence).

PPE 4

Utilisateur Trajet

RobotSuiveur de

ligne

Suivre un parcours préétabli de façon autonome

Page 8: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

2.1.1 Analyse générale

2.1.2 Analyse détaillée

PPE 5

Initialisation

Avancer en ligne droite

Avancer à gauche

Détection d’une ligne à gauche

Détection d’une ligne

à droite

Avancer à droite

Initialisation

Alimenter les deux moteurs simultanément

Arrêter le moteur gauche

Photo-transist

or gauche

Photo-transistor

droit

Arrêter le moteur droit

Page 9: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

PPE 6

F.A.S.T. Déplacer un

mobile (F.P.1)

Se déplacer(F.S 1.1) Déplacer

roue droitePile 3V

Motoréducteur

Relais et transistors

Axes et roues

Déplacer roue gauche

Pile 3V

Relais et transistors

Motoréducteur

Axes avec roues

Suivre la ligne

Détecter la ligne Pile 9V et régulateur de tension de 9V en 5V

Emetteur/Récepteur infrarouge

Microcontrôleur

Carte d’interfaceCommuniquer

Traiter

Alimenter

Distribuer

Convertir

Transmettre

Alimenter

Distribuer

Convertir

Transmettre

Alimenter

Acquérir

Page 10: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

ETUDE ELECTRONIQUE

PPE 7

Page 11: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

2.1. LE MICROCONTRÔLEUR

2.1.1 Développement du programme et mise au point

L'écriture du programme ainsi que sa mise au point doivent suivre le diagramme suivant :

2.1.2 Choix du PICBASIC-1S

Caractéristiques Réponses aux attentes

2Ko de mémoire programmableEntièrement suffisant pour le programme qui y sera inséré car ce dernier comporte peu d’instruction.

16 Entrées / SortiesAdapté et même supérieur au nombre d’entrées / sorties nécessaires : 2 entrées pour les capteurs infrarouges et 2 sorties pour les deux pré-actionneurs des moteurs)

Rapidité : 1000 codes traités / sCorrect pour assurer une réponse rapide entre l’acquisition de l’information de sortie de trajectoire et la correction de celle-ci

Plage d’alimentation : 4,5 à 5,5 VccAdaptée car l’énergie pour l’alimenter pourra être fournie par l’intermédiaire d’une pile 9V et d’un pont diviseur de tension

Prix unitaire : 24 € TTCPrix modéré rentrant dans les exigences du cahier des charges et bon rapport prix / performance

Dimensions 53.9 x 25.0 x 7.80 mm Facilement implantable sur carte électronique

Le microcontrôleur du robot suiveur de ligne sera un PICBASIC-1S. Ses caractéristiques, présentées

dans le tableau ci-dessus, correspondent au mieux à nos attentes :

Les autres caractéristiques à respecter tels que la température de fonctionnement, la consommation

typique ou le courant maximum typique seront à prendre en compte soit dans les conditions de

PPE 8

Assemblage ou compilation

Simulation ou Emulation

Programmation

Essai

EditionSaisie du programme en langage assembleur ou évolué

Traduction du langage assembleur ou évolué en code machine

Vérification du fonctionnement du programme avec :- soit un logiciel simulant le microcontrôleur ;- soit une carte électronique, connectée à un PC et pilotée par un logiciel, fonctionnant comme le microcontrôleur

Remplissage de la mémoire programme avec le programme en code machine

Vérification réelle du fonctionnement

Page 12: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

fonctionnement soit dans la conception de la carte électronique mais n’entreront pas en compte dans le

choix du type de PICBASIC car ces caractéristiques sont plus ou moins identiques selon les modèles.

2.2. LES CAPTEURS   : ACQUÉRIR L’INFORMATION

2.2.1 Principe de fonctionnement du capteur infrarouge

Les deux capteurs utilisés seront à la fois émetteurs et récepteurs de rayons infrarouges. De manière

simplifiée, ils transforment l’intensité des ondes infrarouges reçues en une tension proportionnelle à

celle-ci. Cette émission de rayons infrarouges est invisible à l’œil humain car la longueur d’ondes λ, qui

différencie les multiples radiations, est inférieure à 800 nanomètres (nm) or, le spectre visible par

l’Homme est l’intervalle : 400 nm < λ < 800 nm.

Ce type de capteurs détecte soit :

- une couleur claire : l’extérieur de la ligne (la couleur du contreplaqué), dans ce cas les infrarouges

émis seront presque en intégralité réfléchis donc la tension en sortie du capteur sera élevée.

- une couleur foncée : la ligne à détecter, dans ce cas les infrarouges émis ne seront pas réfléchis ou

presque donc la tension en sortie sera faible.

NON PRÉSENCE DE LIGNE

PRÉSENCE DE LIGNE

La variation de cette tension VCE, comparée ensuite grâce un amplificateur opérationnel, puis analysée

par un microcontrôleur permettra au robot de connaître sa position par rapport à la ligne suivie, donc par

rapport au trajet prédéterminé qu’il doit suivre, imposé par le Cahier des Charges.

PPE 9

Capteur au-dessus de l’aggloméré

Le support, de part de sa couleur

claire, renvoie une grande partie des

rayons émis. Le phototransistor est

saturé. Vce est élevé.

Capteur au-dessus de la ligne

Le support de part, de sa couleur foncée, ne

renvoie pas pratiquement d’infrarouge. Le

phototransistor tend à être bloqué.

Vce est faible.

Page 13: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

2.3. LA CARTE ÉLECTRONIQUE

2.3.1 Description et fonctionnement de la carte

L’information de position est captée par un des capteurs, cette information est alors rendue logique

grâce aux amplificateurs opérationnels (en comparant la tension en sortie des capteurs à la tension de

référence, réglée par les potentiomètres).

Ensuite l’information est analysée par le PICBASIC. Ayant pris connaissance de la position du robot

par rapport à la ligne, le PICBASIC effectue des corrections sur cette trajectoire en émettant ou non, un

signal sur les sorties qui correspondent à un des deux moteurs.

La tension de sortie n’étant pas suffisante pour alimenter les moteurs directement, il faut passer par

un transistor qui permettra l’alimentation des bobines des relais des moteurs et donc des moteurs eux-

mêmes, en fermant le contact entre l’alimentation des moteurs et les moteurs.

2.3.2 Calculs des valeurs des résistances

1) Pour R5

D’après la loi des Mailles on a :

VCC – VR5 – VLED1 = 0 ↔ VCC – IMAX ∙ R5 – VLED1 = 0 car VR5 = IMAX ∙ R5 (Loi d’Ohm)↔ VCC – VLED1 = IMAX ∙ R5

↔ VCC – VLED1/IMAX = R5

AN : ↔ R5 = 5 – 1,2/10 ∙ 10-3

↔ R5 = 380 ΩValeur normalisée : ↔ R5 = 380 Ω

2) Pour R8 (et R9)

Cherchons d’abord l’intensité qui va entrer dans le transistor (Ic)

D’après la loi des Mailles on a :

VCC – VK1 – VQ2 = 0 ↔ VCC – IC ∙ RK1 – VCE sat = 0 car VK1 = IC ∙ RB (Loi d’Ohm)↔ VCC – IC ∙ RK1 – VCE sat = 0↔ VCC – VCE sat = IC ∙ RK1

↔ VCC – VCE sat / RK1 = IC

AN : ↔ IC = 5 – 0,2/167↔ IC ≈ 30 mA

PPE 10

Données Constructeur : IMAX = 10 mA : intensité maximale acceptée par la LED.VLED1 = VF = 1,2V : différence de potentiel entre les 2 bornes de la DEL.

Données Constructeur : RK1 = 167 Ω : résistance interne de la bobine du relais RL2220VCEsat = 0,2V : différence de potentiel entre le collecteur et l’émetteur du 2N222A2VBE = 0,7V : différence de potentiel entre la base et l’émetteur du 2N222A2

Page 14: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

D’après la loi des Mailles on a :

VCC – VBE – VR8 = 0 ↔ VCC – VBE = VR8

↔ VCC – VBE = IB MAX ∙ R8

↔ VCC – VBE /IB MAX = R8

↔ VCC – VBE /4 IB MINI = R8 car 4 IB MINI = IB MAX

↔ VCC – VBE /((4 IC)/β)= R8 car IC = β ∙ IB MINI

AN : ↔ R8 = 5 – 0,7/((4 ∙ 30 ∙ 10-3)/100)↔ R8 = 3,58 kΩ

Valeur normalisée : ↔ R8 = 3,3 kΩ

On obtient la même valeur pour R9 en suivant le même raisonnement et en remplaçant K1 par K2 et Q2

par Q3

3) Pour R1 (et R7)

D’après la loi des Mailles on a :

VCC – VR1 – VF = 0 ↔ VCC – IF ∙ R1 – VF = 0 car VR1 = IF ∙ R1 (Loi d’Ohm)↔ VCC – VF = IF ∙ R1

↔ VCC – VF /IF = R1

AN : ↔ R1 = 5 – 1,1/20 ∙ 10-3 (cf. Figure 3. et données “Coupler”)↔ R1 = 195 Ω

Valeur normalisée : ↔ R1 = 180 Ω

On obtient la même valeur pour R1 en suivant le même raisonnement :

4) Pour R2 (et R8)

On peut en déduire les équivalences suivantes :

Ic = 2mA ↔ IR2 = 2mA ↔ UR2 / R2 = 2∙ 10-3 ↔ R2 = UR2/ 2∙ 10-3 ↔ R2 = 5 / 2∙ 10-3

↔ R2 = 2,2k Ω

5) Pour R4 (et R3)

Nous choisirons des potentiomètres de 10 ou 2,2 kΩ selon les disponibilités. Ces

2 potentiomètres devront être ajustés expérimentalement de la façon suivante :

on mesurera la tension en entrée de l’AOP quand le capteur est sur une surface

claire, puis on mesurera cette même tension quand le capteur sera sur une

surface foncée, enfin on réglera le potentiomètre de façon à obtenir une tension

de valeur équivalente à la moyenne arithmétique des deux précédentes.

PPE 11

Données Constructeur : RK1 = 167 Ω : résistance interne de la bobine du relais RL2220VCEsat = 0,2V : différence de potentiel entre le collecteur et l’émetteur du 2N222A2VBE = 0,7V différence de potentiel entre la base et l’émetteur du 2N222A2

Données Constructeur : IC ≈ 2 mA : intensité typique passant dans le phototransistor1V <VCEsat < 5V : différence de potentiel entre le collecteur et l’émetteur du 2N222A (cf Figure 6.)

Page 15: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

2.3.3 Description des circuits Relais

Transistor (2N222A) : permet d’alimenter la bobine du relais quand il reçoit une tension suffisante

à sa base fournie par le PICBASIC (la base du transistor est protégée par une résistance pour

limiter la tension de 5V émise par le PICBASIC).

Relais : quand la bobine est alimentée par le circuit de commande par l’intermédiaire du

PICBASIC et du transistor alors elle ferme un contact qui permet d’alimenter le moteur.

Moteur : Moteur RM2 (voir partie correspondante pour le choix des moteurs).

Piles 1,5V : Permettent de fournir 3V pour alimenter les moteurs.

Fonctionnement global du circuit

PPE 12

Moteur Transistor 2N222A, Relai, (Piles)

IO3 et IO4CONVERTIR UN SIGNAL DE

COMMANDE EN UN SIGNAL DE PUISSANCE

CONVERTIR UNE TENSION EN UNE PUISSANCE MECANIQUE

S1 et S2

Page 16: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

2.3.4 Circuit Capteur

Circuit Capteur : capteur infrarouge protégé par deux résistances (une pour

la diode, une pour le phototransistor). Il permet de convertir une information

sur la clarté du sol (ligne foncée ou sol clair) en une différence de tension

aux bornes du phototransistor, information analogique ensuite transmise aux

AOP.

2.3.5 Circuit PICBASIC

Régulateur de Tension (7805) : Permet d’adapter la tension nécessaire aux différents éléments du

circuit en passant de 9V à 5V.

Diode électroluminescente (LED verte) : Permet d’informer l’opérateur ; si la diode est allumée le

robot est sous tension, si elle est éteinte le robot n’est pas alimenté. Elle est protégée électriquement

par la résistance R5.

Pile 9V : Permet d’alimenter le circuit de commande

Pic Basic (Picbasic 1B) : Organe de commande ayant pour but d’acquérir (par l’intermédiaire des

AOP) l’information des capteurs et en fonction de celle-ci, d’alimenter ou non les moteurs pour

modifier la course du robot et suivre la ligne.

AOP (LF 351) : Permet d’amplifier et de transformer l’information analogique du capteur en

information logique, permettant ainsi d’être analysée par le PICBASIC

Potentiomètre : Permet de régler la tension de référence à laquelle va être comparée la tension de

sortie du capteur. Ce réglage permettra de déterminer quand le PICBASIC saura que le robot ne

détecte plus la ligne à droite ou à gauche.

Fonctionnement global du circuit

PPE 13

PICBASIC 1BAOP LF 351

IO1 et IO2CONVERTIR UN SIGNAL

ANALOGIQUE EN SIGNAL LOGIQUE ET L’AMPLIFIER

ANALYSER LES INFORMATIONS TRANSMISES ET ENVOYER DES INFORMATIONS LOGIQUES AUX

PREACTIONNEURS

IO3 et IO4

Page 17: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

ETUDE MÉCANIQUE

PPE 14

Page 18: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

3.1. MOTORÉDUCTEUR

Notre choix s’est porté sur un motoréducteur : ce choix s’est fait par élimination. En premier lieu nous

avons éliminé les moteurs à courant alternatif, car ils sont réservés pour les gros engins. De plus, il est

difficile d’avoir un petit générateur. Ensuite nous avons éliminé les moteurs pas à pas, car ils sont trop

complexes à utiliser. Ces moteurs ont un processus très particulier : ils fonctionnent par crans, c’est-à-

dire qu’ils font à chaque signal un ou plusieurs tours selon la configuration. Mais si on envoie un signal à

ce moteur, il faut, à chaque étape, renvoyer ce signal autant de fois qu’on souhaite une action du

moteur. C’est pour cela que leur utilisation est très complexe et que donc cette solution sera écartée.

Enfin il reste deux types de moteur :

- les moteurs à courant continu

- les motoréducteurs

Tout d’abord nous avons envisagé l’usage de moteurs à courant continu. Mais ces derniers ont

comme inconvénients d’avoir des caractéristiques inutilisables : 11500 tr/min (une essoreuse tourne à

1200 tr/min par exemple). Si nous avions utilisé ces moteurs, notre robot avancerait à 173 Km/h ce qui

est trop rapide pour celui-ci. Ensuite, pour faire varier la vitesse du moteur, il est nécessaire de varier la

tension qui l’alimente .Pour cela, il faudrait fournir un courant très faible, ce qui est difficile à accomplir

car il y a des pertes de courant électrique qui sont de valeur équivalente à celle éventuellement donnée

aux moteurs dans ces conditions. Nous avons donc choisi la seule solution qu’il nous restait et

également la plus avantageuse.

Les motoréducteurs sont des moteurs à courant continu mais couplés avec un réducteur. Celui-ci va

réduire la vitesse de rotation du moteur grâce à un système d’engrenages. Ainsi nous pouvons contrôler

la vitesse de notre robot pour pouvoir optimiser ses capacités. Nous n’avons donc plus besoin de faire

varier la tension ce qui simplifie encore le robot pour les mêmes capacités.

PPE 15

Page 19: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

3.2 CALCULS MÉCANIQUES ET CONCEPTION

Nous avons tout d’abord dû choisir la motorisation entre 2 moteurs proposés : RM1 ou RM2

Minilor, qui nous étaient imposés. Il nous a été nécessaire de faire différents calculs mécaniques à partir

de données que nous avons établies.

3.2.1 Données établies   :

Caractéristiques Données Méthode de résolution

Poids du robot 500g Poids estimé avant réalisation

Diamètre des roues 5.1cm Mesuré

Vitesse maximale (Vrobot) 0.2m/s Mesure expérimentale

Angle de la plus grande pente à franchir 15° Estimation

Dimensions du châssis 210*150*5 Contrainte du CdCF

Axe moteur 3mm Contrainte du moteurs RM1 ou RM2

3.2.2 Définition du rapport de réduction   et de la puissance fournie :

ωroue = = 7,84 rad/s donc Nroue = × = 74.8 tr/min

Nous choisissons un moteur RM2 car sa vitesse est plus faible que le RM1 et donc plus proche de la

vitesse désirée pour les roues.

Or Nmoteur = 7000 tr/min pour ce moteur.

Donc moteur = Nmoteur × = 733 rad/s

On peut maintenant en déduire le rapport de réduction : R = = 93.5

On choisit le rapport le plus proche soit 81.

Nous avons donc choisi un moteur RM2 avec un rapport de réduction de 81 afin de satisfaire au

mieux aux différentes contraintes.

Données connues   du moteur RM2 :

Caractéristiques Données Méthode de résolution

Intensité 0.120 A Donnée constructeur

Tension 3 V Donnée constructeur et choix

Coefficient de réduction 81 Calculé

Rendement moteur ≈ 0.7 Donnée usuellePPE 16

Page 20: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

Rendement réducteur ≈ 0.8 Donnée usuelle : 70% < η < 80%

PPE 17

Page 21: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

Connaissant ces valeurs nous allons pouvoir déterminer le couple fourni par le motoréducteur RM2.

Désignation :

Pem = puissance entrée moteur ; Psm = puissance sortie moteur ; Psr = puissance de sortie du réducteur ;

Ce = couple entrée du réducteur ; Cs = couple sortie du réducteur ; ωe = vitesse de rotation à l’entrée du

réducteur ; ωr = vitesse de rotation à la sortie du réducteur ; R = rapport de réduction

Soit  Pem = U × I = 0.36 W Psm = Pem × ηmoteur

Or Per = Psm, on en déduit donc : Psr = Per × ηréducteur

De plus : Per = Ce × ωe et Psr = Cr × ωr avec, ωe =

On en déduit : Ce =

Enfin comme : R = => Cs = = 27.8 × 10-2 N.m

Ce couple est faible (d’où la non désignation par le constructeur) qui est largement suffisant

pour une conception de ce type.

3.3.3 Modélisation et conception   :

Notre robot a tout d’abord été modélisé grâce au logiciel SolidWorks afin de répondre à certaines

contraintes et de trouver les solutions techniques adaptées au fur et à mesure de l’avancement de notre

projet.

Nous avons décidé de prendre exactement les dimensions du cahier des charges pour réaliser le

châssis le plus grand possible sachant que nous avions 2 cartes électroniques et des piles à placer sur

le dessus.

Le robot sera propulsé par les moteurs RM2 Minilor, et la roue folle sera donc placée à l’avant. Nous

avons fait ce choix pour éviter qu’en cas de blocage des roues le châssis ne se lève entraînant un risque

de dégradation.

La roue folle est fixée grâce à 3 vis qui permettent de régler la hauteur, afin d’ajuster l’inclinaison du

robot.

Les capteurs sont fixés également grâce à des vis, avec un réglage possible avec les 2 écrous

serrant les plaques de capteur. Nous pouvons régler la hauteur, la position horizontale grâce à la rainure

qui a été faite sur le châssis. Le réglage de la position en longueur n’a pas d’importance, les capteurs

doivent juste être sur l’avant du châssis.

Les cartes électroniques seront également fixées avec le même type de vis sur le dessus du châssis.

La modélisation du châssis sur SolidWorks est disponible en annexe, ainsi que les différentes cartes

électroniques.

PPE 18

Page 22: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

Nb Désignation Réf Electronique Diffusion Unité TOT

2Moto-réducteur RM2

http://www.minilor.com/Catalogue/LesMoteurs.htmQURM2

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=5862913,00 26,00

2 Roue de jouet - 6,00 6,00

6 Vis HM3 x 40mm QUVM340 (par 10)

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=257290,40 0,40

13 Vis HM3 x 45/50/60mmQUVM340/45/50/60 (par 10)

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=257300,5 1,00

43 Ecrou HM3QUEM3 (par 100)

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=245590,80 0,80

1 Plaque de Plexiglas 210x150x5mm - - -

1 Roue folle - - -

1 Coupleur de Piles R6 en parallèleALUM2

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=11340,50 0,50

1 Coupleur de Pile 9V à pression droitALL455

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=8090,15 0,15

2Capteur infrarouge CNY70

http://www.vishay.com/docs/83751/cny70.pdf

OPCNY70http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?

products_id=1842291,05 2,10

2Amplificateur Opérationnel LF351

www.fairchildsemi.com/ds/LF%2FLF351.pdfCILF351

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=489010,76 1,52

1Microcontrôleur PICBASIC-1S

http://www.lextronic.fr/Comfile/pb-1b.htm- 24,00 24,00

1LED verte

http://www.kingbright.com/manager/upload/pdf/L-1154PGT(V5).pdf

OPKBL934GThttp://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=20630

0,10 0,10

1 Pile 6LF22 (9V)AL4022S

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=1092,91 2,91

2 Pile LR06 (1,5V)AL4906 (par 4)

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=1295,00 5,00

2Relais DIL – RL2220

http://www.zettlerelectronics.be/ds/AZ821-831.pdfRL2220

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=28556 1,80 3,60

1 Resistor 380  REP14383R (par 5)http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=27417

0,20 0,20

2 Resistor 3,3k REPR013K3R (par 5)http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=27730

0,15 0,15

2 Resistor 180 REPR01180R (par 5)http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=27694

0,15 0,15

2 Resistor 5k RE145K1R (par 5)http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=26112

0,04 0,04

2Transistor 2N2222A

http://doc.chipfind.ru/pdf/boca/2n2222a.pdfTR2N2222A

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=30844 0,45 0,90

2 Potentiomètre 2,2k POAOH2K2Rhttp://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=23558

0,15 0,15

1Régulateur de tension 7805

http://www.tranzistoare.ro/datasheets/228/390068_DS.pdfCI7805K

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=42785 2,30 2,30

1 Inverseur à levier unipolaireCOSP166

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=11507 0,33 0,33

6 Bornier à vis droit pr CI 2 PLOTCOCMM554130

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=10769 0,35 1,40

4 Plaques CI à insoler - - -

2 Support de CI 8 brochesCOIC108

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=11019 0,12 0,24

2 Support de CI 16 brochesCOIC116

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=11021 0,23 0,46

1 Barrette sécable (coupée à 21)CONSH36SBS2TR

http://www.electronique-diffusion.fr/product_info.php?products_id=112530,75 0,75

Soit un TOTAL de 80,15 € TTC

PPE 19

Page 23: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

3.4 ETABLISSEMENT DU BON DE COMMANDE

CONCLUSION

PROBLÉMATIQUE   : COMMENT PEUT-ON FAIRE ÉVOLUER UN SYSTÈME DE FAÇON

AUTONOME SUR UN PARCOURS PRÉÉTABLI ?

A l'issue des PPE, le groupe a répondu à la problématique proposée et ainsi atteint un de ses

objectifs. En effet, le problème a été traité en respectant le CdCF (cahier des charges fonctionnelles) du

robot suiveur de ligne, fourni en début de terminale.

Suite à l’étude menée en première sur un robot détecteur d’obstacles, l’analyse fonctionnelle a été en

partie redéfinie. Cependant, le choix des composants a été réalisé dans le respect de certaines

contraintes du CdCF. Tout au long de ce projet, la conception du prototype a constitué pour nous la

finalité. Ce fut une motivation supplémentaire qui nous obligea à suivre le planning prévisionnel, établi

en début d’année par le groupe lui-même.

L'objectif que nous nous étions fixés a été atteint : être capable de mettre en place et de comprendre

le fonctionnement d'un robot suiveur de ligne, ainsi que d'analyser ces différents constituants

mécaniques et électroniques. De plus, la réalisation du prototype marque la concrétisation d’une

réflexion collective à long terme et l’achèvement de notre projet, puisqu’elle constituait l’objet même de

ces PPE.

PPE 20

Page 24: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

GLOSSAIRE

Algorigramme   : représentation graphique du fonctionnement d’un système automatisé de type

séquentiel. Cet outil de représentation est très utilisé pour les systèmes micro-informatiques.

Bête à cornes : (ou expression fonctionnelle du besoin) cet outil d’analyse fonctionnelle sert à

définir le besoin éprouvé par l’utilisateur pour un produit, il faut répondre à trois questions : à qui rend

service le produit ? sur quoi agit le produit ? dans quel but ?

F.A.S.T.   : Function Analysis System Technic, outil d’analyse fonctionnelle dans lequel les fonctions

sont placées dans un enchaînement logique en répondant à trois questions : pourquoi ? comment ?

quand ?

Motoréducteur   : système combinant un moteur à courant continu et un réducteur.

BIBLIOGRAPHIE

Les revues (sources papiers)   :

- Electronic diffusion

- Génération électronique n°27

Les sites Internet :

- www.robotek.com

- www.conrad.com

- www.minilor.com

- www.centralmedia.com

- www.vieartifcielle.com

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Page 25: Dossier PPE - Robot suiveur de ligne

ANNEXES

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