Robot Sumo n°1

Robot Sumo n°1

Etudiants :

Jean-Baptiste BONNEVEAU Bastien DOCHE

Clémentine CHEVALIER Shangwei JIANG

Alexandre CONTEJEAN Théo MARTIN

Projet de Physique P6

STPI/P6/2015– 28

Enseignant-responsable du projet :

M. Fabrice DELAMARE

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Date de remise du rapport : 15/06/2015

Référence du projet : STPI/P6/2015– 28

Intitulé du projet : Robot Sumo n°1 (pour match contre robot sumo n°2)

Type de projet : Conception

Objectifs du projet (10 lignes maxi) :

Le but du projet est de réaliser un robot sumo pour faire un combat contre celuiréalisé par l'équipe adverse. Le robot doit alors éjecter son adversaire hors de la zonede combat pour gagner. Le robot doit répondre à certains critères précis : sonpérimètre ne doit pas excéder 76 cm.

Mots-clefs du projet (4 maxi) : Robotique Informatique Électronique Mécanique

INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE ROUEN

Département Sciences et Techniques Pour l’Ingénieur

BP 8 – avenue de l'Université - 76801 Saint Etienne du Rouvray - tél : +33(0) 2 32 95 66 21 - fax : +33(0) 2 32 95 66 31

TABLE DES MATIERES

1. Introduction ......................................................................................................................... 5 2. Méthodologie / Organisation du travail ................................................................................ 5 3. État de l'art .......................................................................................................................... 6

3.1. Règle s en vigueur : ........................................................................................................ 6

3.2. Classe s différentes : ...................................................................................................... 7

3.3. Le terrain : ..................................................................................................................... 7

3.4. Style s et tactique s de combat : ...................................................................................... 8

4. Travail réalisé et résultats ................................................................................................... 9 4.1. La partie mécanique ...................................................................................................... 9

4.1.1. Forme général du robot .......................................................................................... 9

4.1.2. Conception sur ordinateur .................................................................................... 10

4.1.3. Coque extérieure ................................................................................................. 11

4.1.4. Châssis du robot .................................................................................................. 11

4.1.5. Montage des roues .............................................................................................. 12

4.2. La partie électronique .................................................................................................. 12

4.2.1. Description des capteurs : .................................................................................... 12

4.2.2. Réalisation: .......................................................................................................... 13

4.3. La partie programmation .............................................................................................. 14

4.3.1. La carte arduino ; ................................................................................................. 14

4.3.2. Le programme : .................................................................................................... 14

4.3.3. Test d’étalonnage des capteurs: .......................................................................... 15

5. Conclusions et perspectives .............................................................................................. 16 5.1. Conclusions sur le travail réalisé ................................................................................. 16

5.2. Conclusions sur l’apport personnel de cet E.C. projet ................................................. 16

5.3. Perspectives pour la poursuite de ce projet ................................................................. 18

6. Bibliographie ..................................................................................................................... 19 7. Annexes ............................................................................................................................ 20

7. 1 . Listing des programmes réalisés ................................................................................. 20



BP 8 – place Emile Blondel - 76131 Mont-Saint-Aignan - tél : 33 2 35 52 83 00 - fax : 33 2 35 52 83 69

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Mécanique

Bastien

Informatique

ClémentineJean-BaptisteShangwei

Électronique

AlexandreThéo

1. INTRODUCTION

L'objectif du projet est de réaliser un robot sumo qui en affrontera un autre , lors d'unesérie de matchs.

Les règles des combats sont les suivantes : Le combat a lieu dans une zonecirculaire blanche délimitée par un bord noir. Le robot est déclaré vainqueur lorsque sonadversaire sort de la zone.

Pour mener à bien le projet, nous devons être capable de réaliser la structure durobot, programmer une intelligence artificielle pour permettre au robot de savoir commentfaire pour éviter de sortir dans la zone et de pousser l'adversaire hors de la zone, et enfinconcevoir une partie électronique qui permet de gérer les différents capteurs et de fairefonctionner le robot.

2. MÉTHODOLOGIE / ORGANISATION DU TRAVAIL

La conception du robot nécessite de travailler sur 3 parties distinctes :mécanique,électronique et programmation.

Nous choisissons donc de nous répartir dans ces 3 catégories en fonction de noscompétences et de nos préférences .

Bastien décide de prendre en charge la partie mécanique, pendant que Alexandre etThéo travaillent sur la partie électronique et que Jean-Baptiste, Shangwei et Clémentines'occupent de la programmation.

Bien sûr, certaines parties étaient plus courtes à réaliser que d’autres, ounécessitaient l'avancée d’une autre. Ainsi, l'électronique quasiment terminée en milieu deprojet, Théo a pu partager le travail réalisé avec la partie programmation pour commencerune série de tests, alors que Alexandre rejoignit Bastien dans la réalisation de la structure durobot.

Organigramme des tâches réalisées et des étudiants concernés :




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3. ÉTAT DE L'ART

3.1. Règles en vigueur :

Les matchs de robot sumo s'inspirent des matchs de sumo traditionnels aujapon. Ils opposent deux robots concurrents qui chercheront à pousser l'adversaireen dehors du terrain.

Les robots doivent attendre 5 secondes après le signal de l'arbitre avant decommencer le match.

Un match dure au maximum 3 minutes et au maximum 3 rounds. Une équipequi remporte un round gagne un point appelé Yuhkoh. La première équipe quiremporte 2 Yuhkohs remporte la rencontre. Si la limite de temps est atteinte etqu'une équipe a un Yuhkoh, elle est déclarée gagnante. Si il y a égalité, les jugesdécident soit de refaire un match, soit de faire un dernier round ou ils peuvent aussidéclarer un des joueurs gagnants.

Il est interdit de dégrader le robot adverse, le terrain, brouiller lescommunications ou de chercher à blesser les membres de l'équipe adverse. Celainclut donc l'utilisation d'arme, d'acide, de colle, de peinture ou de LED poursaturer le capteur adverse par le robot.

3.2. Classe différentes :

Il existe différentes catégories de robots en fonction de leur taille, de leurpoids et du type de contrôle.

Class Height Width Length Weight

Mega Sumo - Auton unlimited 20.0 cm 20.0 cm 3,000 g

Mega Sumo - R/C unlimited 20.0 cm 20.0 cm 3,000 g

Mega Sumo - Network unlimited 20.0 cm 20.0 cm 3,000 g

Humanoid - R/C 50 cm 20.0 cm 20.0 cm 3,000 g

Lego Sumo unlimited 15.0 cm 15.0 cm 1,000 g

Mini Sumo unlimited 10.0 cm 10.0 cm 500 g




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Micro Sumo 5 cm 5.0 cm 5.0 cm 100 g

Nano Sumo 2.5 cm 2.5 cm 2.5 cm 25 g

(tableau provenant de http://robogames.net/rules/all-sumo.php)

Network désigne les robots contrôlés par Wifi via un routeur. L'opérateur ne peutactionner le robot que par Internet à partir de l'adresse IP du robot.

R/C désigne les robots contrôlés par une télécommande. L'opérateur et le robot sontreliés par un câble et toutes les actions du robot doivent être envoyées par ce câble.

Autonome désigne les robots avec un programme téléchargé à l'avance dans lerobot. L'opérateur n'a le droit à aucun contact avec le robot.

3.3. Le terrain :

Le terrain (ou dohyo en japonais) est de taille différente en fonction de laclasse du robot. Il est peint en noir avec une bordure blanche pour délimiter le borddu terrain. Nous utilisons à l'INSA un marquage inverse pour des raisons pratiques.

Dohyo Construction & Painting Shikiri LinesBorderWidth

Class Height Diameter Material Width Length Separation

Mega/Humanoid 5.00 cm 154.0 cm Polyurethane coated steel plate 2 cm 20 cm 20 cm 5 cm

Mini/Lego 2.50 cm 77.0 cm Laminate/Melamine coatedwood

1 cm 10 cm 10 cm 2.5 cm

Micro 1.25 cm 38.5 cm Melamine composite 0.5 cm 5 cm 5 cm 1.25 cm

Nano 0.625 cm 19.25 cm Melamine composite 0.25 cm 2.5 cm 2.5 cm 0.625 cm

(tableau provenant de http://robogames.net/rules/all-sumo.php)

3.4. Styles et tactiques de combat :

On distingue 2 principaux styles lors des combats de robot sumo.

Soit les robots bénéficient d'une grande vitesse et manœuvrabilité afin deprendre l'adversaire de vitesse, notamment en attaquant les flancs de l'autre sumo.Ce sont des robots légers afin de leur permettre une plus grande vitesse.




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Soit ils bénéficient d'un grand couple afin de leur permettre de surpasser leuradversaire en confrontation directe. Ce sont des robots plus lourds et moins mobilesmais qui sont aussi plus difficile à pousser.

Tous les robots sont équipés d’une pelle à l’avant et parfois à l’arrière quisert à pousser l’adversaire et qui peut aussi permettre de le faire décoller du sol etainsi, sans adhérence, il est beaucoup plus facile à pousser en dehors du dohyo.

4. TRAVAIL RÉALISÉ ET RÉSULTATS

4.1. La partie mécanique

4.1.1. Forme général du robot

Dans un premier temps nous avons réfléchi à la forme générale de notre robot. Nousavons pensé à une forme circulaire afin de tourner autour de notre adversaire lors de contactavec celui-ci. La première contrainte nous impose un périmètre extérieur du robot de 76cmau maximum. Le schéma suivant nous a permis de déterminer le rayon adéquat pour notrerobot sumo.




Illustration 1: Forme générale du robot

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70 m

m

Racine(2) * R16mm

R20

4.1.2. Conception sur ordinateur

Nous avons utilisé le logiciel de CAO SolidWorks afin de réaliser des modèlesnumériques du robot. Tout d’abord nous avons reproduit les composants tels que les roues,les moteurs, la carte arduino ou encore les batteries. Ainsi, nous cela nous permettra plustard de nous adapter en fonction des dimensions des pièces issues de la récupération.

Le premier concept (voir ci-dessous) était construit avec les moteurs placés endessous du châssis. Or les équerres que nous avions ne nous permettaient seulement defixer les moteurs par dessus le châssis. Nous avions choisi de placer les moteurs de tellemanière afin de faire du châssis et de la plaque avant qu’une seule même pièce.

Au vu du problème des équerres nous avons dû adapter le robot. Par conséquent,nous avons réalisé un nouveau modèle avec les moteurs par dessus le châssis, commevous pouvez le remarquer sur la photo ci-dessous. De plus ce nouveau modèle est plusfacilement réalisable car le châssis est en bois, sachant que le châssis en tôle aurait étécompliqué à réaliser du point de sa forme circulaire et du pliage. Ce nouveau modèle nouspermet donc une certaine autonomie car nous pouvions le réaliser nous même sans faireappel à l’atelier.




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Illustration 2: image du 2e concept

4.1.3. Coque extérieure

Nous devions par la suite choisir la coque extérieure du robot, car elle fixera la tailleexacte du robot et plus précisément le rayon du châssis. Comme nous l’avons ditprécédemment, le rayon maximum de cette coque est de 12cm. Nous avons récupéré desboites de conserves ou une poêle, mais finalement nous avons choisi d’utiliser un tube PVCde 2

4.1.4. Châssis du robot

Après le choix de la coque, nous avons donc pu fixer la taille du châssis. Le matériauutilisé pour le châssis est le bois, car il est simple à découper et disponible dans l’atelier. Deplus, nous avons préféré le bois au plastique car le bois, étant plus lourd, procure un meilleurappui au robot.

A partir du modèle numérique de SolidWorks, nous avons imprimé un plan à l’échelledu châssis afin de le reporter sur la plaque de bois à découper. Vous pouvez voir le résultatsur l’image ci-dessous. Des équerres sont déjà fixées sur le châssis, elles serviront à monterles moteurs au niveau de l’emplacement des roues.




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200mm

Illustration 3: châssis en bois du robot

Fixations moteurs

Dans un premier temps nous avions fixé les équerres le plus à l’extérieur de la plaquepossible mais nous avons dû les reculer car les moyeux usinés pour les roues étaient troplongs. Par conséquent, nous avons resserré les deux moteurs au maximum vers le centre duchâssis.

4.1.5. Montage des roues

Pour la suite du montage de notre robot, il nous manquait donc les moyeux des rouesque nous avons renvoyées à l’atelier afin de modifier les dimensions. Nous avons pu par lasuite assembler notre robot sumo. Comme vous pouvez le voir sur la photo ci-dessous, notreprojet commence à prendre forme avec l’assemblage des roues, des moteurs et du châssis.

4.1.6. Conclusion

Nous avons terminé la partie mécanique en fixant les capteurs de sol et de distance sur lerobot. Nous avons par la suite pu commencer les tests des programmes, détaillés dans lasuite du rapport.




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Illustration 4: Montage coque,châssis,plaque, roues et moteur

4.2. La partie électronique

Le travail de la partie électronique consistait à réaliser le montage des capteurs ainsique des moteurs et de l'alimentation. Il a tout d'abord fallu choisir les composants à utilisergrâce aux données des constructeurs et aux conseils de notre professeur.

Lors de la conception générale du robot, nous avons décidé d'utiliser deux capteursde sol (pour détecter le bord de la zone) et deux télémètres (pour détecter l'adversaire).Utiliser 4 capteurs permet de savoir plus rapidement où est l'adversaire et si le robot va sortirde la zone.

4.2.1. Description des capteurs :

Nous avons donc choisi les capteurs tcrt 5000 pour détecter le changement de couleur dusol. Ces capteurs consistent en une diode électroluminescente (DEL) et un photo-transistor.La DEL envoi de la lumière à la longueur d'onde 950 nm, qui est réfléchie par le sol et estcaptée par le photo-transistor qui se sature lorsqu'il est éclairé. Lorsque le sol change decouleur, la quantité de lumière absorbée change, cette variation peut être mesurée par lecapteur ce qui nous permet de détecter le fait que le robot se rapproche du bord.




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Les télémètres GP2D12 sont simples d'utilisation, il suffit de relier le signal obtenu à l'entréede l'arduino. Ce signal transmet une tension à la carte qui varie en fonction de la distanceentre l’objet détecté et le télémètre. Ces capteurs détectent un objet se trouvant à unedistance comprise entre 10 et 80 cm. Ce sont également des capteurs à infrarouge.

4.2.2. Réalisation:

Les moteurs sont commandés grâce à une carte ardumoto qui se place sur la cartearduino grâce à ses broches. Ces dernières sont reliées directement à L’arduino ce quipermet de commander les moteurs depuis celle-ci. Les moteurs sont ensuite simplementreliés à la carte Ardumoto sur le connecteur blanc sur l’image ci-dessous.

Une fois les montages réalisés, nous avons testé chaque fil pour nous assurer que lessoudures étaient bonnes et qu'il n'y avait pas de faux contacts. Nous avons ensuite vérifié sile montage fonctionnait correctement alimenté par la carte Arduino. Pour cela nous avonsregardé si chaque capteur donnait des valeurs cohérentes et si les moteurs étaient bienalimentés. Nous avons ensuite réalisé des tests en alimentant la carte grâce à unealimentation et enfin grâce aux batteries.




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Illustration 5: Carte Ardumoto vierge

4.3. La partie programmation

4.3.1. La carte arduino ;

Le robot utilise ainsi une carte arduino comme nous venons de le décrire. Une cartearduino possède un microcontroleur programmable sous plate-forme opensource et denombreuses entrées et sorties. Elles sont beaucoup utilisées car facilement accessibles auxdébutants.

Elles se programment avec le logiciel arduino. Il a donc fallu apprendre le langagepour programmer ce type de carte. Nous avons commencé par lire les documents que nousa fournis notre professeur encadrant.

4.3.2. Le programme (programme complet en annexe):

Afin de structurer notre programme, nous avons ensuite listé les différentesconfigurations dans lesquelles pouvait se retrouver le robot, afin d'adopter une stratégie pourchacune d'elle:

- détection du bord par le capteur avant

- détection du bord par le capteur arrière

-détection de l'adversaire par le capteur avant

-détection de l'adversaire par le capteur arrière

-détection du bord et de l'adversaire par les capteurs avant

-détection du bord et de l'adversaire par les capteurs arrière

-détection du bord par le capteur arrière et de l'adversaire par le capteur avant

-détection du bord par le capteur avant et de l'adversaire par le capteur arrière

-aucune détection par les capteurs

La mise au point d'un petit nombre de fonctions élémentaire nous a permis en lescombinant de répondre à l'ensemble de ces besoins. Voici la liste des fonctions de base quenous avons établies :

marche avant, marche arrière, rotation

Ces fonctions nous ont permis de mettre au point ces fonctions plus avancées :

chercher adversaire, esquiver, attaquer.

Dans le programme, nous testons en boucle dans quel configuration se trouve lerobot à l’aide de conditions ‘if’ sur les valeurs renvoyées par les capteurs. Dès lors que l’uned’elle est remplie, nous exécutons l’action associée tout en vérifiant que l’on ne sorte pas dudohyo où que l’ennemi ne change pas de position à l’aide d’une boucle ‘while’ qui vaexécuter l’action tant que les paramètres pour faire cette action sont remplis.




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4.3.3. Test d’étalonnage des capteurs:

Nous avons aussi étalonné nos capteurs afin de pouvoir utiliser les véritables valeursdans le programme, celle-ci étant légèrement différente des valeurs théoriques données parle constructeur. Nous avons réalisé des tests pour étalonner les différents capteurs. Pourcela nous avons mesuré les valeurs affichées par les capteurs, lorsque ceux ci étaientplacés devant des surfaces blanches ou noires et à différentes distances. Nous avonstrouvé des résultats sensiblement identiques selon la couleur.

5. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

5.1. Conclusions sur le travail réalisé

Grâce au travail d’équipe, et aux conseils de nôtre professeur nous avons pu réaliserun robot qui répond au cahier des charges. Nous avons également appris à respecter lesdélais, et à trouver des solutions face aux problèmes rencontrés au cours du projet.

5.2. Conclusions sur l’apport personnel de cet E.C. projet

JIANG Shangwei :

J'ai été très intéressé par la réalisation d'un robot Sumo, mais ce n'était pas aussisimple que ce que je pensais. J'ai travaillé dans la partie programmation. Il a fallu apprendreun nouveau langage informatique associé à la carte arduino. À cause de mon niveau defrançais, j'ai eu quelques difficultés à lire les documents. Et parfois, je ne pouvais pas




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exprimer mes idées clairement. Merci à mes camarades, leur patience m'a beaucoupmotivée.

De plus, nous avons réalisé un vrai travail en groupe du début à la fin. Ce projet a étépour moi une véritable mise en pratique des connaissances scientifiques. Il est évident qu'ils'agit d’une expérience concrète qui nous sera sûrement utile dans l'avenir.

CHEVALIER Clémentine :

Le projet P6 a été l’occasion de voir comment concrètement plusieurs domaines dephysique et d’informatique pouvaient se combiner et se lier entre eux. J”ai apprécié découvrirle domaine de la robotique qui m’était totalement inconnu. Au delà de l’aspect travailscolaire, cela m’a permis d’enrichir ma culture scientifique.

Cependant j’ai trouvé plusieurs aspects du projet assez difficiles. Les domainesabordés m’étaient peu familiers. L’organisation et la coordination n’ont pas toujours étéévidentes, les 3 parties étant liées entre elles mais devant réussir à avancer séparément.

MARTIN Théo:

Réaliser un robot Sumo est un projet qui m’a beaucoup plu. Cela m’a permis d’avoir unaperçu de la robotique qui est un domaine qui m’intéresse. En travaillant sur la partieélectronique j’ai pu enfin mettre en pratique la théorie que l’on apprend sans jamais vraimentl’utiliser habituellement. J’ai trouvé très gratifiant le fait de pouvoir réaliser un robotfonctionnel grâce au travail d’équipe. Ce genre de projet est assez formateur car on estsouvent confronté à des problèmes imprévus qu’il faut résoudre rapidement.

DOCHE Bastien :

Ce projet de P6 a été une très bonne expérience. En effet, la réalisation de ce projetm’a apporté dans le domaine de la mécanique et de la conception assistée par ordinateur.Ce projet m’a particulièrement intéressé car celui-ci était concret avec comme finalité laconception d’un robot. Suite à la réalisation de modèle numérique, ce projet m’a permis deconstruire ce modèle en réalité. J’ai pu prendre conscience des difficultés possibles lors dupassage du modèle numérique au réel. L’organisation dans le groupe était très bien, nousavons bien départagé chaque domaine du projet. J’étais en charge de la partie mécaniquetout seul, mais suite à la finalisation de la partie électricité, Alexandre a pu m’aider lors de laconstruction du robot.

Pour conclure, je suis heureux d’avoir participé à ce projet avec mon groupe, aveccomme finalité la satisfaction d’un robot opérationnel.

CONTEJEAN Alexandre :

La réalisation d'un projet concret tel que le robot sumo est quelque chose qui m'abeaucoup plu et que j'attendais de faire en entrant dans une école d'ingénieur tel que l'INSA.Il regroupe plusieurs éléments bien représentatifs d'un métier d'ingénieur tel que le travail enéquipe, l'organisation des différentes parties, rebondir en cas d'imprévus (notamment pour lapartie mécanique), et enfin réussir à rendre un robot tel que nous l'imaginions au début duprojet.

Bien sur, ce ne fut pas simple dans les deux parties pour lesquelles j'ai participées,c'est à dire l'électronique et la mécanique, que ce soit dans la compréhension de chaque




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éléments ou de la réalisation du montage et des soudures pour la première, ou dansl'assemblage pour la deuxième.

Quoi qu'il en soit, j'ai apprécié travailler avec ce groupe et avoir la satisfactiond'obtenir un robot fini et opérationnel !

BONNEVEAU Jean-Baptiste :

Le projet P6 a été le premier projet de ce type que j’ai réalisé, c’est à dire avec un objectifconcret à réaliser, mélangeant plusieurs matières et une équipe relativement nombreuse.Je pense qu’il a été très formateur car il m’a donné une meilleur vision du déroulement d’unprojet dans l’industrie où il faut se répartir les tâches, gérer la gestion du projet pour que lesdifférentes équipes puissent travailler même lorsqu’elles ont besoin du travail d’une autreéquipe.

De plus, d’un point de vue plus personnel, j’ai été enthousiaste de travailler sur un projet derobotique. J’avais vraiment envie de découvrir cette matière et même si je n’ai pas putravailler sur les parties mécaniques et électronique, il a été intéressant de voir le travail queles autres ont effectué.

5.3. Perspectives pour la poursuite de ce projet

À la suite de ce projet nous avons vu que certains points pouvaient être améliorésnotamment : l’esthétique du robot qui n’était pas notre première priorité, nous voulions avanttout quelque chose de fonctionnel. La fixation des capteurs et le placement des câblespourraient être plus professionnels. Le programme et la stratégie utilisés peuvent êtrepeaufinés. Enfin grâce aux tests nous avons vu que notre robot était rapide mais manquaitun peu de force, cela pourrait se corriger en augmentant le poids du robot ainsi que soncouple. Cependant nous avons réussi à créer un robot qui répond au cahier des charges.




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6. BIBLIOGRAPHIE

http://www.conrad.fr/ce/fr/product/227544/Motoreducteur-Modelcraft-RB-35 (11/06/2015)

http://www.sharpsma.com/webfm_send/1203 (11/06/2015)

http://robogames.net/rules/all-sumo.php (11/06/2015)

http://www.vishay.com/docs/83760/tcrt5000.pdf (11/06/2015)

Simon Landrault et Hippolyte Weisslinger :Arduino : premiers pas en informatique embarquée




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7. ANNEXES

7.1. Listing des programmes réalisés

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Documents

Robot Sumo n°1