Embed Size (px)
Citation preview
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉALDÉPARTEMENT DE GÉNIE ÉLECTRIQUESECTION AUTOMATION ET SYSTÈMES
ELE3100 Projets de génie électrique:robotique mobile et informatique
Chargé de cours: Julien Beaudry, étudiant M.Sc.A.bureau: A-321 courriel: [email protected]
Coordonnateur: Richard Hurteau, professeur titulaireDépartement de génie électrique, section automation et systèmes
bureau: A-429.13 courriel: [email protected]
Août 2003
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL ELE3100: Projets de génie électrique
1. Introduction
Les robots sont utilisés dans l’industrie depuis maintenant plusieurs dizaines d’années. La majoritédes robots industriels sont des robots de type manipulateur et sont employés dans l’exécution detâches répétitives dans un cycle de production. Des véhicules auto-guidés (appelés aussi robotsmobiles), sont également utilisés dans l’industrie manufacturière. La recherche dans le domaine dela robotique est toujours très active et une très grande partie de cette activité est dirigée vers ledéveloppement d’applications nouvelles pour les robots. Des travaux portent par exemple sur lesrobots de service, c’est-à-dire les robots (manipulateurs ou mobiles) travaillant en modeautomatique ou semi-automatique, et qui ne sont pas utilisés dans un contexte de productionindustrielle. Ces robots effectuent des travaux directement utiles à des personnes ou les assistentpour remplir certaines fonctions. Ces robots ont souvent pour objectif de remplacer une personnetravaillant dans des conditions dangereuses. Les robots d’inspection des centrales nucléaires, lesrobots spécialisés dans la détection et la manipulation d’explosifs (mines antipersonnelles), lesrobots d’exploration planétaire et les véhicules auto-guidés submersibles ou opérant dans les minessouterraines constituent des exemples de ces robots de service.
Un autre type de robot fait également l’objet de recherche et développement. Il s’agit des robots dedivertissement, c’est-à-dire des robots pouvant réaliser des activités normalement associées audivertissement (culture ou sport par exemple). C’est ainsi que l’on construit des robots quimarchent, qui jouent du piano, au tennis de table, au soccer, etc. De nombreuses compétitionsreliées à ce genre de robots sont d’ailleurs organisées à travers le monde. Le potentiel d’applicationde ces robots dépasse le simple divertissement et les sujets de recherche reliés à ce genre de projetssont nombreux, rejoignant souvent les intérêts de recherche retrouvés dans des projets de robots deservice.
2. Objectifs généraux du projet
• Prendre contact avec un projet de robotique mobile et d’informatique dans un contexte derecherche et développement.
• Se familiariser avec les éléments constitutifs d’un robot mobile: système électro-mécanique,système de perception, électronique de contrôle, informatique embarquée, logiciel decontrôle temps réel.
• Utiliser la modélisation et la simulation pour vérifier le fonctionnement d’un systèmerobotique et permettre le développement d’algorithmes de contrôle.
• Acquérir une expérience enrichissante de travail en équipe et de rédaction d’un rapporttechnique.
3. Projet de conception
Ce projet s’inspire de la coupe du monde des robots footballeurs (RoboCup, www.robocup.org).Cette compétition internationale permet à des équipes de robots de différentes universités et même
Plan de cours, automne 2003 1
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL ELE3100: Projets de génie électrique
d’entreprises privées de s’affronter dans un tournoi qui a lieu annuellement dans différents coinsde la planète. Différentes ligues permettent de spécifier des formats de terrain et de robotsdifférents, dont la "Middle Size Robot League" qui sert de référence pour ce projet. Les originesde cette compétition remontent à 1992, mais la première compétition officielle n’a eu lieu qu’en1997. Durant l’édition de 2002, qui a eu lieu en juin 2002 à Fukuoka au Japon, 117 300 visiteursont pu observer 188 équipes provenant de 29 différents pays.
Depuis plusieurs années déjà, le cours ELE3100 portant sur la robotique mobile et l’informatiqueamène les étudiant(e)s à travailler sur la conception d’un robot footballeur, le développement deson contrôleur par simulation dynamique et le développement d’algorithmes de jeu pour participerà un tournoi. Une plate-forme de robot footballeur a d’ailleurs été développée par une équipe dePolytechnique et elle sera utilisée dans le cadre d’un travail pratique.
La plate-forme en question est un robot mobile à vitesses différentielles qui possède une contraintenon-holonome au niveau du glissement latéral du robot. Comme les performances de cette plate-forme sont satisfaisantes, nous pouvons maintenant envisager la conception d’une nouvelle plate-forme qui éliminerait cette contrainte non-holonome et permettrait des déplacements plus rapidesdes robots footballeurs.
Le projet consiste donc en la conception d’un robot footballeur sans contrainte non-holonome. Laconception d’un robot footballeur dans son ensemble représentant un travail considérable, le projetde conception se concentrera sur les aspects suivants:
• Système électro-mécanique: configuration de la plate-forme (structure et disposition deséléments moteurs), matériaux, choix des moteurs.
• Électronique de contrôle: circuits nécessaires à l’asservissement des moteurs et aupositionnement par odométrie, circuits de puissance et d’alimentation (choix des batteries).
• Ordinateur embarqué: ordinateur de bord, unité de mémoire, communication sans fil,interfaces avec électronique de contrôle.
• Modélisation du robot: modèle dynamique et modèle cinématique.
• Architecture de commande: boucle(s) de contrôle permettant l’asservissement en position durobot.
• Simulation dynamique du robot mobile et validation de la technique d’asservissement enposition.
Le projet de conception sera présenté sous forme de rapport technique. Plus de détails serontfournis au début du trimestre sur les exigences spécifiques relatives au projet de conception.
Plan de cours, automne 2003 2
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL ELE3100: Projets de génie électrique
4. Travaux pratiques:
Voici les différents travaux pratiques qui seront effectués durant le trimestre:
• Algorithmes de contrôle pour robots footballeurs: en utilisant la plate-forme du Laboratoirede mécatronique, développement d’une méthode de planification et de suivi de trajectoire enenvironnement dynamique, puis utilisation de cette méthode pour le développementd’algorithmes de jeu. Ce travail pratique s’effectuera dans un premier temps en simulation etle résultat final pourra être testé sur les robots du laboratoire.
• Tournoi de soccer robotisé: en utilisant une plate-forme de simulation semblable à celle duTournoi Inter-universitaire de Soccer Robotisé www.robotique.ireq.ca/tisr, un tournoi entreles équipes du cours sera organisé et la note de ce travail pratique sera déterminée en fonctiondu classement final.
Plus de détails seront fournis au cours du trimestre sur les exigences spécifiques relatives auxtravaux pratiques.
La majorité des programmes informatiques des différents travaux pratiques utilisent la librairieMICROB, www.robotique.ireq.ca/microb.
5. Présentation orale
Vers la fin du trimestre, chaque équipe présentera les résultats les plus intéressants de leurs travauxdans une présentation orale d’environ 10 minutes suivie d’une période de question. Le contenu decette présentation est laissé à la discrétion des équipes, mais le chargé de cours sera disponible pourorienter les équipes dans la préparation de cette présentation si nécessaire.
L’ordre des présentations sera déterminé au hasard une fois que toutes les équipes seront connues.
6. Pondération
Les travaux devront être remis au secrétariat de la section Automation et systèmes au A-429.10dans le casier à cet effet. Tout retard sera pénalisé de 20% par jour de retard.
Description À remettre Échéance Pondération
Projet de conception rapport avec annexes fin de session 50%
T.P. sur robots footballeurs code + rapport mi-session 20%
Tournoi de soccer robotisé code fin de session 20%
Présentation orale fichiers de présentation à venir 10%
Plan de cours, automne 2003 3
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL ELE3100: Projets de génie électrique
7. Organisation du travail
Les étudiant(e)s travailleront en équipe de 4. Les équipes pourront être formées dès le premiercours du trimestre et l’Annexe 1 devra être remise au chargé de cours.
Un chef d’équipe devra être identifié. Son rôle sera d’assurer un travail d’équipe efficace et dereprésenter son équipe lors du tournoi.
Il revient aux membres de l’équipe de se partager le travail de façon juste et efficace. Le rapportfinal doit inclure en annexe une courte énumération des tâches effectuées par chacun des membres.Dans le cas d’un déséquilibre évident au niveau de la quantité de travail accompli, il se peut queles notes varient au sein d’une même équipe.
8. Salle de cours: local B-600.6
9. Salles de laboratoires
Le Laboratoire de mécatronique (local A-321) pourra être utilisé pour les séances d’évaluation destravaux pratiques.
Toutes les autres séances auront lieu dans les laboratoires informatiques suivants:
Groupe de laboratoire Salle
1 C-539.4
2 B-511
3 C-539.4
4 C-539.4
Plan de cours, automne 2003 4
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL ELE3100: Projets de génie électrique
Annexe I
ELE3100 Projets de génie électrique
Formation des équipes
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
Nom du chef d’équipe: _____________________________
1. Nom matricule signature
2. Nom matricule signature
3. Nom matricule signature
4. Nom matricule signature
Plan de cours, automne 2003 5
