Robotique

ns qui mon travail aurait trouv´ une application nettement moins e int´ressante. e Enfin, je n’oublie ´videmment pas tous ceux qui, par leur soutien, m’ont e aid´ dans l’´laboration de ce travail, mes amis, mon fr`re et mes parents. e e e

i

Table des mati`res e

Table des mati`res e Table des figures 1 Introduction 1.1 Objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 R´sum´ du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e e 2 Robots mobiles 2.1 D´finition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e 2.2 Architecture globale . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Classes de robots ` roues . . . . . . . a 2.2.2 Robots unicycles . . . . . . . . . . . . 2.3 Architecture utilis´e et contraintes impliqu´es e e 2.3.1 M´canique . . . . . . . . . . . . . . . e ´ 2.3.2 Electronique . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 Informatique . . . . . . . . . . . . . . 3 Contrˆle o 3.1 D´finition du probl`me . . . . . . . e e 3.2 Choix de la solution . . . . . . . . 3.3 R´gulation locale . . . . . . . . . . e 3.3.1 R´gulation PID . . . . . . . e 3.3.2 R´gulation en vitesse . . . . e 3.3.3 R´gulation en position . . . e 3.4 Suivi de trajectoire . . . . . . . . . 3.4.1 G´n´ration de trajectoire . e e 3.4.2 Profil de vitesse . . . . . . . 3.4.3 R´gulation sur la trajectoire e 3.5 Positionnement pr´cis . . . . . . . e ii iv 1 1 2 4 4 5 5 8 10 10 11 12 14 14 16 18 18 20 21 22 22 27 32 35

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

4 Electronique 39 4.1 D´finition du probl`me . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 e e 4.2 Puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 ii

` TABLE DES MATIERES 4.2.1 Pont en H . . . . 4.2.2 Design . . . . . . Logique . . . . . . . . . 4.3.1 Microcontrˆleur . o 4.3.2 Capteurs . . . . Sch´ma complet . . . . . e R´sultats . . . . . . . . e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

iii 40 45 49 51 52 54 54 59 59 59 60 64 65 65 65 65 66 68 70 74 74 74 77 77 78

4.3

4.4 4.5

5 Aspects logiciels 5.1 Microcontrˆleur . . . . . . . . . . . o 5.1.1 D´finition du probl`me . . . e e 5.1.2 Impl´mentation du contrˆle e o 5.1.3 Communications . . . . . . 5.1.4 Gestion des erreurs . . . . . 5.2 Param`trage du contrˆle . . . . . . e o 5.2.1 D´finition du probl`me . . . e e 5.2.2 Driver temps r´el . . . . . . e 5.2.3 Client Java . . . . . . . . . 5.2.4 M´thodes de param´trage . e e 5.3 R´sultats . . . . . . . . . . . . . . e 6 Impl´mentation e 6.1 D´finition du probl`me e e 6.2 Localisation . . . . . . 6.3 D´placement . . . . . e 6.4 Canon et Barillet . . . 6.5 R´sultats . . . . . . . e

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

7 Conclusions 80 7.1 Application au concours Eurobot . . . . . . . . . . . . . . . . 80 7.2 R´sultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 e 7.3 Am´liorations possibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 e Bibliographie A Sch´ma de la carte ´lectronique e e B Messages I2C C Mod´lisation moteur DC e D Levenberg-Marquardt 84 86 93 98 100

Table des figures

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 5.1 Robot de type unicycle . . . . . . . Robot de type tricycle . . . . . . . Robot de type voiture . . . . . . . Robot de type omnidirectionnel . . Vue de la disposition m´canique du e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . robot utilis´ e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 6 7 11 19 23 24 25 26 27 29 31 31 31 33 40 42 44 48 50 54 55 55 56 56 57 58 58 58 68

Bloc diagramme du contrˆleur PID . . . . . . o G´n´ration de trajectoire - Cercles . . . . . . e e G´n´ration de trajectoire - Tangente . . . . . e e G´n´ration de trajectoire - Premier essai . . . e e Clotho¨ ıde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G´n´ration de trajectoire - Trajectoire finale . e e Profil de vitesse . . . . . . . . . . . . . . . . . G´n´ration de trajectoire - Exemple 1 . . . . e e G´n´ration de trajectoire - Exemple 2 . . . . e e G´n´ration de trajectoire - Exemple 3 . . . . e e R´gulation sur la trajectoire . . . . . . . . . . e

Sch´ma g´n´ral du pont en H . . . . . . . . . . . . . . . e e e Diagramme temporel Sign - Magnitude . . . . . . . . . . Diagramme temporel Locked Anti-phase . . . . . . . . . Montage typique du IR2010 . . . . . . . . . . . . . . . . Sch´ma du Pont en H utilis´ . . . . . . . . . . . . . . . . e e Carte ´lectronique - face avant . . . . . . . . . . . . . . e Carte ´lectronique - face arri`re . . . . . . . . . . . . . . e e Tension aux bornes du moteur . . . . . . . . . . . . . . Analyse du courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analyse du courant avec une inductance suppl´mentaire e Saturation d’un transistor bas . . . . . . . . . . . . . . . Coupure d’un transistor bas . . . . . . . . . . . . . . . . Saturation d’un transistor haut . . . . . . . . . . . . . . Coupure d’un transistor haut . . . . . . . . . . . . . . .

Interface Java pour le r´glage des param`tres de contrˆle . . e e o iv

TABLE DES FIGURES 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 6.1 6.2 6.3 7.1 A.1 A.2 A.3 A.4 A.5 Contrˆle o Contrˆle o Contrˆle o Contrˆle o Contrˆle o en en en en en vitesse - R´sultats 1 . . . . . . . . . . . . . e vitesse - R´sultats 2 . . . . . . . . . . . . . e position