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Rapport de projet

Lance balles de ping-pong

FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES

L3 SPI-électronique, énergie électrique et automatique

Année universitaire 2018/2019

Rapport présenter par : ABLAK Mehmet ; BELOUL Mohand; DJITÉ

Ndoumbé ; ISIKO Cem ; MENGUELLET Abdenour

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Remerciements

Tout d’abord, nous tenons à remercier tout particulièrement et à témoigner toute notre

reconnaissance aux personnes suivantes, pour leur dévouement et leur soutient dans

la concrétisation de ce projet :

• M. GILLES HERMANN, responsable projet, pour nous avoir accordé toute la

confiance nécessaire pour élaborer ce projet librement, et avoir mis à notre

disposition tous les moyens disponibles.

• M. Hubert KIHL, responsable projet, pour son investissement et sa contribution.

• M. Christophe DE SABBATA, Technicien Animateur de l'IUTLab à l’IUT de

Mulhouse, pour toute l’aide et les conseils apportés durant ce projet.

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Table des matières Introduction ............................................................................................................................................. 6

I. Cahier des charges ........................................................................................................................... 7

1) Contexte ...................................................................................................................................... 7

a) Bête à corne ............................................................................................................................ 7

b) Diagramme pieuvre ................................................................................................................. 8

2) Fonctions générales ..................................................................................................................... 9

II. Travaux Réalisés ............................................................................................................................ 15

1) La partie Mécanique .................................................................................................................. 15

a) Le socle .................................................................................................................................. 15

b) Support canon et canon ........................................................................................................ 16

c) Problèmes rencontres ........................................................................................................... 17

2) La partie électrique et programmation ..................................................................................... 21

a) Menu LCD avec boutons poussoirs ....................................................................................... 21

b) Moteur pas à pas ................................................................................................................... 23

c) Servomoteur .......................................................................................................................... 25

d) Moteur à courant continu ..................................................................................................... 26

e) Capteur piézoélectrique ........................................................................................................ 26

Conclusion ............................................................................................................................................. 27

Bibliographie.......................................................................................................................................... 28

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Introduction

Dans le cadre de notre cursus en 3ème année de Licence électronique, énergie

électrique et automatique, nous avons eu l’opportunité d’effectué un projet qui

consistait à faire un robot lanceur de balles de ping-pong. En effet, nous avons été

réparties en plusieurs groupes de 5 personnes qui avaient le même sujet mais tous

les groupes devaient aborder le sujet de la façon souhaitée en pensant la conception

de la partie mécanique, la partie commande et la partie électrique et électronique du

début à la fin avec une liberté d’inclure des options.

Pour concevoir un robot lanceur de balles de pingpong, nous avons eu la

chance de pouvoir commander le matériel nécessaire chez des professionnels pour

pouvoir retranscrire nos idées dans la réalité. Le projet devait s’adapter à un grand

public du débutant au plus aguerri, pour cela, il devait respecter les normes de jeu du

tennis de table et d’être simple d’utilisation. Nous avons donc ajouté des modes (facile,

intermédiaire, difficile) avec une interface qui aura le rôle de communiquer avec

l’utilisateur et de lui permettre de choisir le mode qui lui convient le plus soit pour le

divertissement soit pour l’entrainement.

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I. Cahier des charges

1) Contexte

a) Bête à corne

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b) Diagramme pieuvre

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2) Fonctions générales

Nous avons choisi de faire un robot polyvalent, pour les débutants mais aussi pour

les plus aguerris. Le joueur peut progresser dans de sport avec les modes mis à

disposition du joueur. La progression est constituée de trois modes :

• Le mode débutant : Ce mode est parfait pour les joueurs qui débutent dans

ce sport. L'utilisateur reçoit la balle à une vitesse constante et dans une

direction.

• Le mode intermédiaire : Ce mode est parfait pour les joueurs qui veulent un

peu relever leur niveau. L'utilisateur reçoit les balles à une vitesse constante

avec trois directions différente (gauche, milieu, droite).

• Le mode difficile : Ce mode est parfait pour les joueurs aguerris. L'utilisateur

reçoit les balles à une vitesse aléatoire avec des directions aléatoire.

Nous avons pensé à communiqué avec le joueur à travers un afficheur LCD pour

faciliter la prise en main du lanceur. Nous avons donc essayé de faire un lanceur

simple d’utilisation afin de pouvoir le transporter facilement.

La conception du projet a été disposé en trois grandes parties :

• La partie mécanique : choix de la base du lanceur et du lanceur à canon

• La partie électrique : Alimentation, moteurs, capteurs

• La partie informatique : programmation (moteurs, capteurs, interface)

Les choix partie mécanique :

Pour la partie mécanique nous avons divisés en 2 parties :

▪ La partie base du lanceur

▪ La partie lanceur (canon)

Pour la base du lanceur, on avait le choix entre :

• Une base fixe rotative

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• Une base à rail coulissant

• Une base mobile sur des roues.

Pour la partie lanceur, on avait le choix entre :

• Un lanceur à roue(s)

• Un lanceur à air comprimé, ressort ou autres

• Un lanceur à catapulte ou masse.

Après plusieurs réunions à peser le pour et le contre pour trouver le système idéal,

nous avons opté sur un système à base fixe rotative et un lanceur à plusieurs roues

(dans notre cas nous avons choisies de mettre 3 roues sous forme de triangle

disposées sur le canon à 120 degrés chacune des roues l’un de l’autre).

Les choix partie électrique : alimentation, moteurs et capteurs

Comme dit précédemment, nous avons eu la chance de pouvoir commander le

matériel necessaire chez des professionnels de l’électronique. En effet, nous avons

choisi d’utiliser un Arduino Mega car elle va nous permettre d’utiliser plusieurs moteurs,

Les roues disposées

autour du canon à

120 degrés.

Balle de Ping-Pong

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dans notre cas minimum 5 moteurs, qui seront branchés sur des broches (PWM), de

plus, il a un nombre d’entrée sortie digital très intéressent.

Pour l’interface de communication, nous avons choisi un écran LCD qui sera

accompagné des boutons poussoirs pour permettre de choisir entre les modes.

Image 1 : LCD

L’écran LCD va permettre d’afficher le menu à l’utilisateur, le tout sera contrôlés par

des boutons poussoir.

Pour modifier La direction, on a opté pour le moteur pas à

pas qui va permettre de changer

la direction en tournant le

support à canon à l’aide d’un engrenage qui sera placé au

niveau de la base.

Le moteur va tourner environ 30° vers la droite et 30° vers

la gauche. L’avantage de ce moteur est de pouvoir le

contrôler par les pas. Ceci qui nous permettra de ne pas utiliser de capteur fin de

course.

Le contrôle du moteur pas à pas se fait grâce au Stepper Motor Driver.

Moteur pas à pas 1

Bouton poussoir

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Le driver du moteur pas à pas est moyen rapide de

contrôler un moteur pas à pas et est facile à utiliser. Il prend

en charge la vitesse et le contrôle de direction, en réglant

son pas et le courant de sortie avec 6 commutateurs DIP.

La propulsion sera contrôlée par quatre moteurs à courant continu, dont 3 pour lancés

les balles hors du canon et le dernier qui servira à propulser les balles vers les 3 roues.

Pour contrôler chaque moteur à courant continu nous avons pensé au Shield moteur

pouvant supporter quatre moteur cc pour pouvoir faire varier chaque moteur

indépendamment.

Driver moteur pas à pas

Moteur à courant continu

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Nous avons pensé à un système de gestion de la cadence. Cette gestion sera faite

par un servomoteur qui tournerait à une certaine vitesse avec une tige qui bloquera le

passage des balles. Toutes les modes de jeux auront une fréquence d’envoi différente.

Shield pour les moteurs à courant continu

Servomoteur

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Pour la partie Alimentation, nous avons utiliser 2 alimentations l’un pour le driver et

l’autre pour l’arduino. Elles seront branchées sur prise secteur.

Bloc alimentation 12V 2A Bloc alimentation 15V 2A 30W

Et enfin un capteur piézoélectrique qui sera place au pied du lanceur pour compter les

retours de balles qu’aurait pu effectuer le joueur.

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II. Travaux Réalisés

1) La partie Mécanique

a) Le socle

Le support devrait être fixe et rotatif, c’est pour cela que nous nous sommes mis

d’accord à la réalisation d’un socle cubique. La forme de cube est choisie car c’est un

moyen d’avoir un socle fixe et solide, mais aussi de pouvoir cacher la partie électrique

du projet. En effet, le socle pourra stocker l’ensemble des matériels comme l’Arduino

Mega, le moteur pas à pas, le stepper moteur driver du moteur pas à pas, la plaque à

essai, les files et les engrenages mécanique. Nous avons pu le concevoir grâce au

logiciel Corel Draw et l’obtenir avec du polycarbonate découper au laser mis à

disposition à l’IUT Lab.

.

Dimension du support :

Longueur : 30cm

Largueur : 25cm

Hauteur : 25cm

Un trou percé

pour pouvoir

faire passer la

roue dentée+

axe

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La roue dentée a été fixé sur le moteur pas à pas dans la base du lanceur qui lui

entrainera la roue dentée + axe pour faire tourner tout le système du canon.

b) Support canon et canon

Notre support canon est incliné de 30 degrés vers le haut pour que la balle a une

trajectoire en cloche, car lorsqu’un joueur tape sur la balle avec la raquette, il joue sur

trois paramètres l’un est l’angle de tir, deuxième la force qu’il exerce sur la balle et le

troisième l’effet qu’il donne à la balle. Le premier paramètre l’angle de tir doit avoir un

angle suffisant pour faire passer la balle au-dessus du filet mais aussi de pouvoir faire

toucher la balle sur le terrain adverse, pour cela nous avons pris un angle, plus ou

moins de 30 degrés fixe, néanmoins, la seule contrainte d’avoir un support canon fixe

est de ne pas pouvoir envoyer des balles pour faire des smashs.

Pour la force, s’il veut des balles longues, il va mettre plus de force tandis que s’il veut

des balles courtes, il va appliquer moins de force. Pour la force et les effets, nous

avons pensé à faire varier les vitesses des 3 roues pour avoir des effets ou d’envoyer

des balles fortes.

Dimension des roues dentés :

- diamètre : 5 cm

- hauteur : 3,5 cm

Dimension d’axe :

- diamètre : 1,7 cm

- hauteur : 7cm

Dimension du disque :

- diamètre : 9 cm

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Pour le support canon et le canon lui-meme, nous avons imprimé en 3D à l’université,

nous avons fais en sorte que le canon s’emboite avec le support canon.

c) Problèmes rencontres

Nous avons rencontré un problème lors de la transmission des balles vers les 3

roues pour éjecter les balles. Le problème que nous avons rencontré était dû à

l’inclinaison des 30 degrés du support à canon qui empêcher l’envoie des balles.

Dimension du canon :

Longueur : 9 cm

Hauteur : 5,5 cm

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La première solution imaginée pour faire sortir la balle du canon.

Nous avons pensé à faire un système de bielle manivelle mais celle-ci avait la

contrainte de la place car le bout du canon était trop long, et il nous fallait une tige de

longueur de 15 cm pour pouvoir pousser les balles vers les 3 roues mais sur le support

n’avait pas assez de place pour accueillir ce système.

La deuxième solution était de faire sortir la balle du canon par un ventilateur d’un

ordinateur.

Après plusieurs tests effectués, Le ventilateur n’avait pas assez de force pour pousser

la balle jusqu’aux 3 roues.

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Finalement, nous avons trouvé la solution qui était d’utiliser une roue avec un moteur

à courant continu. En effet, nous avons un peu changé la disposition de notre système.

La propulsion est faite par trois moteurs à courant continu avec des roues qui ont été

fixé autour du PVC situer en sortie de canon. Chaque moteur se situe à 120 degrés

l’un de l’autre.

Nous avons modélisé en 3D les roues puis mis du caoutchouc pour augmenter

l’adhérence lors des envois des balles.

Image: Roue 5mm de diamètre Image Support moteur fixation

sur PVC

Balle de ping-pong Roue avec

moteur à

courant

continu

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Voici le résultat après assemblage de toutes les pièces imprimées de notre lanceur de

balles de ping-pong

+

Roue

Moteur à courant

continu

Servomoteur qui

gère la cadence

des balles

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2) La partie électrique et programmation

a) Menu LCD avec boutons poussoirs

Branchement des composant

GND

VCC

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Nous avons programmé un menu, pour permettre de naviguer entre les fenêtres et

choisir le mode de jeux que veut l’utilisateur grâce à un clavier de boutons : bouton

(+), bouton (-), bouton entrée et un bouton retour. La fonction clavier() contrôle l'état

des boutons et renvoie les actions de chaque bouton à sa variable de retour nommé

"action".

Une action sur les boutons implique une sélection de fenêtres. A chaque fenêtre est

attribuée un numéro. Ces numéros permettent d'activer l'affichage et de verrouiller une

position dans le menu. Il y a deux sous fenêtres, La onze (11) qui permet de verrouiller

l'étape de la sélection des modes et la douze (12) qui permet de verrouiller l'étape de

lancement du mode.

Fenêtre 0 :

Lecture des données

Mode 1

Mode 2

Fenêtre 10 :

Lecture des données

Mode 3

Plus +

Moins -

Fenêtre 1 :

Proposition de

sélection

Appuyez sur => +

Mode 2

Entrée

Retour

Plus +

Fenêtre 11-1 :

Sélection

Mode 1

Fenêtre 11-2 :

Sélection

Mode 2

Fenêtre 11-3 :

Sélection

Mode 3

Plus +

Plus +

Fenêtre 11

Sélection

Fenêtre 12-x :

Mode X : Go !

Entrée

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Image : Code du menu() Image : Code clavier()

Voici un extrait du code de la première fenêtre avec la fonction clavier().

Activation == 0 : quant il n’y a pas d’action

Activation == 1 : bouton entrée

Activation == 2 : bouton haut

Activation == 3 : bouton bas

Activation == 4 : bouton retour

b) Moteur pas à pas

Voici le branchement du moteur pas à pas avec son driver

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Et voici un extrait du code pour utiliser le moteur pas à pas qui a été inclus dans la

programmation du menu

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c) Servomoteur

Le branchement du servomoteur pour gérer la fréquence d’envoi des balles,

le 5V et le GND ont été brancher sur la plaque à essai et le pin a été brancher sur la

pin digital 9 pour envoyer les informations pour pouvoir contrôler le servomoteur.

Voici le code qui permet de gérer la cadence

On peut apercevoir que pour le mode 3 (difficile) le delay (délai) est bien plus court

que le mode 1 (débutant), en effet, elle permet d’envoyer les balles plus rapidement

vers le joueur.

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d) Moteur à courant continu

Pour ajouter les roues avec les moteurs à courant continu sur le canon nous

avons acheté du PVC de 5cm de diamètre, pour rappel les balles ne font que 40mm

de diamètre. Nous avons fixé les moteurs avec roues sur le PVC avec un dépassement

de chaque roue de 0.3 cm à l’intérieur du tube PVC et chaque roue a un espacement

de 120 degrés entre eux. Pour les 3 moteurs à courant continu, nous avons fait

quelques tests avec une alimentation stabilisée pour la projection de quelques balles

qui ont été assez satisfaisante. Pour des raisons de simplifications de montage, nous

avons choisit de commander un shield qui vient se mettre directement sur l’arduino, le

shield peut accueillir 4 moteurs ce qui correspond parfaitement à notre cas car en

dehors des 3 roues pour le canon nous avons une roue avec un moteur a courant

continu fixé avant le reservoir pour pouvoir envoyer les balles vers les 3 roues. De

plus, Il existe une librairie sur arduino, en effet, nous avons fait varier la vitesse grâce

au programme directement.

e) Capteur piézoélectrique

Nous avons opté pour un capteur piézoélectrique afin de compter les balles envoyées

par le robot mais aussi de compter le score des balles qu’a pu renvoyer le joueur.

Le principe de fonctionnement : Dès qu’une balle touche la table le capteur émet un

signal, ce signal fait incrémenter un compteur qui compte le nombre de balle envoyer.

Si le joueur reussi a renvoyé la balle sur la table le compteur s’incremente encore pour

ainsi comptabiliser les points du joueur, si le joueur n’arrive pas à renvoyer la balle

dans ce cas on soustrait le nombre du compteur au nombre obtenu théoriquement et

on obtient le nombre de balle ratées et reussis.

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Conclusion

Le projet que nous avons réalisé nous a permis d’associer la théorie avec la

pratique vue en cours, tout en consolidant les différentes matières que nous avons pu

étudier durant notre cursus. Il nous a également permis de travailler en groupe, de

communiquer et être a l’écoute tout en s’adaptant aux différentes problèmes que nous

avons pu rencontrer.

Nous avons développé un sens de la rigueur et du respect des consignes, tant

pour le projet en général, que pour les heures de travail, les salles et le matériel

laissées en libre-service pour le travail. Nous tenons à remercier les enseignants pour

leur aide tout au long du projet, les précieux conseils, et de leur encadrement.

De notre point de vu tous les objectifs n’ont pas été atteints, et plusieurs

améliorations auraient pu être faites. Les principaux problèmes, que nous avons

rencontrés, ont été résolus mais ces problèmes nous ont coutés un peu de temps pour

l’avancement du projet. La date butoir pour les rapports précède la date fixée pour les

présentations, nous comptons tirés le maximum de ce lapse de temps pour finalisé le

projet.

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Bibliographie

https://www.arduino.cc/

https://eskimon.fr/tuto-arduino-602-un-moteur-qui-a-de-la-t%C3%AAte-le-

servomoteur

https://plaisirarduino.fr/

https://www.gotronic.fr/

https://openclassrooms.com/fr/courses/2778161-programmez-vos-premiers-

montages-avec-arduino/3285333-le-moteur-a-courant-continu-partie-1-transistors-et-

sorties-pwm