projet n°06 localisation et commande d'un robot mobile

ProjetProjet n°06 n°06LOCALISATION ET LOCALISATION ET

COMMANDE D'UN ROBOT COMMANDE D'UN ROBOT MOBILEMOBILE

ClientsClients : Association Robot ENSPS (ARE) : Association Robot ENSPS (ARE)

EncadrantsEncadrants : B. BAYLE et J. GANGLOFF : B. BAYLE et J. GANGLOFF

Réunion R4 : Avancement du projet

Projet n°06 : Localisation et commande d'un robot mobile Réunion R4 : Avancement du projet. 12 Février 2007 2/36

IntroductionIntroduction


Thème 2007 : Robot Tri Thème 2007 : Robot Tri PartyParty


Plan de la Plan de la présentationprésentation

► Présentation de l’équipePrésentation de l’équipe► État de l’artÉtat de l’art► Cahier des charges Cahier des charges ► Conception matérielleConception matérielle► Avancement du projetAvancement du projet

Interfaçage USBInterfaçage USB BoussoleBoussole Communication Haute FréquenceCommunication Haute Fréquence Communication UltrasonCommunication Ultrason Interface graphiqueInterface graphique

► Détails de fonctionnement Détails de fonctionnement ► Planning prévisionnelPlanning prévisionnel► Budget prévisionnelBudget prévisionnel


L’équipeL’équipe

Chef de projet Responsable communication

Responsable financier

Responsable technique

Florian LANGLOIS Sylvain RIBES

Anne LIM Antoine SAUTEL

I. Présentation de l’équipe

II. État de l’art

III. Cahier des charges

IV. Conception matérielle

V. Avancement du projet

VI. Détails de fonctionnement

VII. Planning prévisionnel

VIII. Budget prévisionnel


Etat de l’artEtat de l’art

► Différents principes de positionnement absoluDifférents principes de positionnement absolu

Mesure de distances

Mesure d’angles

Résolution de systèmes d’équations

► Projet déjà entrepris dans le passéProjet déjà entrepris dans le passé










Solutions Solutions envisageables : envisageables :

Avantages/inconvénientAvantages/inconvénientssPRINCIPE AVANTAGES INCONVENIENTS

Système Ultrason Différence devitesse de propagation entre signaux US et HF

- Très fiable - Autonome- Peu complexe en

calcul

- Risques d'interférences

Système Imagerie Traitement de l'image

- Possibilité de repérer toutes sortes d’objets

- Trop dépendant du robot

Système Infrarouge

Localisation par les angles

- Simple à mettre en œuvre- Autonome

- Perturbations dues aux lumières ambiantes- Précision requise

Système Laser Localisation par lesangles

- Simple à mettre en oeuvre

- Autonome

- Précision requise- Coût- Puissance










Cahier des charges Cahier des charges

Localiser le robot adverseLocaliser le robot adverse

Déplacer le robot Déplacer le robot

en un point donnéen un point donné

Objectifs :Objectifs : Localiser le robot de l’ARELocaliser le robot de l’ARE










►Utilisation de Utilisation de balises ultrason modulé

►Présence d’un Présence d’un radio-émetteur HF►Présence d’un Présence d’un radio-récepteur HF►Orientation du robot à l’aide Orientation du robot à l’aide

d’une d’une boussole► Interface par USB entre le PC du Interface par USB entre le PC du

robot et les balises, rendue robot et les balises, rendue possible par un possible par un microcontrôleur

LeLe produit :produit :











Cahier des charges : Cahier des charges : Les fonctions Les fonctions constituantesconstituantes

Thermo-mètre

Boussole

PC

IHM

US

HF

Microcontrôleur

IHM : Interface Homme MachineUS : UltrasonHF : Haute Fréquence

US IHM

HF

Microcontrôleur

BALISE MOBILE BALISE FIXE










► RéutilisabilitéRéutilisabilité► Précision ~ 1 cmPrécision ~ 1 cm► EncombrementEncombrement

Dans le robotDans le robot Des balises, imposé par le Des balises, imposé par le

règlementrèglement

► Jalons R-X, date butoir de la Jalons R-X, date butoir de la coupecoupe

► Respect des législations en Respect des législations en vigueurvigueur

Contraintes :Contraintes :











Conception matérielleConception matérielle

► Réalisation de prototypesRéalisation de prototypes D’une carte balise fixeD’une carte balise fixe De la carte mobileDe la carte mobilesous Altium Designersous Altium Designer

►Unités fonctionnellesUnités fonctionnelles

et choix des et choix des composantscomposants

►Le microcontrôleur: Le microcontrôleur: Pic 18F2550Pic 18F2550

Thermo-mètre

Boussole

PC

IHM

US

HF

Microcontrôleur










Avancement du projetAvancement du projet

► Microcontrôleur gère l’USB nativementMicrocontrôleur gère l’USB nativement






• Interfaçage USB

• Boussole …




Interfaçage USBInterfaçage USB

► Choix du protocole HID (Human Interface Device)Choix du protocole HID (Human Interface Device)- Protocole des périphériques Homme/MachineProtocole des périphériques Homme/Machine- Débit de 64 ko/sDébit de 64 ko/s- Le périphérique peut décider d’envoyer des donnéesLe périphérique peut décider d’envoyer des données

► Permet le transfert de données à l’ordinateur et l’utilisation de son Permet le transfert de données à l’ordinateur et l’utilisation de son alimentationalimentation



► Caractéristiques de notre systèmeCaractéristiques de notre système

Interfaçage USBInterfaçage USB

- utilisation de la libraire - utilisation de la libraire LibUSB compatible LibUSB compatible Windows/Linux/MacOSXWindows/Linux/MacOSX

- mise à jour du microprogramme par USB- mise à jour du microprogramme par USB

- mise en place d’un protocole de communication - mise en place d’un protocole de communication simple entre le microcontrôleur et le PCsimple entre le microcontrôleur et le PC







• Boussole …





► Permet de connaître l’angle du robot par Permet de connaître l’angle du robot par rapport à son angle de départ rapport à son angle de départ

BoussoleBoussole







• Boussole

• Communication HF…




Avancement du Avancement du projetprojet

► Boussole choisie : Boussole choisie : Devantech CMPS03 Devantech CMPS03


BoussoleBoussole


► Spécialement conçue pour des applications robotiques Spécialement conçue pour des applications robotiques

Tension : 5V Courant : 20mARésolution : 0,1 DegrésPrécision : 3-4 degrés environOutput : I2C InterfaceDimensions : 32mm x 35mm

► Basée sur la magnétorésistance des matériauxBasée sur la magnétorésistance des matériaux

► Caractéristiques :Caractéristiques :







• Boussole






BoussoleBoussole


► Travail réalisé :Travail réalisé :- interfaçage avec le microcontrôleur- interfaçage avec le microcontrôleur- codage d’une librairie - codage d’une librairie

► Tests à réaliser:Tests à réaliser:- influence des conditions - influence des conditions environnantes environnantes - influence de - influence de l’accélération angulaire du l’accélération angulaire du robotrobot







• Boussole






► Pour la communication entre les différentes balises Pour la communication entre les différentes balises et pour envoyer le signal d’envoi de l’ultrason et pour envoyer le signal d’envoi de l’ultrason

Communication HFCommunication HF






• … Boussole

• Communication HF

• Communication ultrason…





► Composant choisi : Composant choisi : Maxstream XBEE Pro Maxstream XBEE Pro


► Protocole haut niveau ZigBee conçue Protocole haut niveau ZigBee conçue spécialement pour les réseaux de capteurs spécialement pour les réseaux de capteurs



► Caractéristiques :Caractéristiques :

- bande 2.4 GHz - bande 2.4 GHz

- 250 kb/s- 250 kb/s

- Portée de 100 m- Portée de 100 m

- 65000 adresses par - 65000 adresses par canalcanal






• … Boussole







► Grande fiabilité de notre réseau de balises Grande fiabilité de notre réseau de balises



- cryptage natif - cryptage natif

- choix du destinataire- choix du destinataire

- faible consommation - faible consommation électrique électrique

► Communication entre prototypes effective à ce Communication entre prototypes effective à ce jour jour






• … Boussole







► Rôle :Rôle : émet un signal pour calculer la distance par émet un signal pour calculer la distance par l’intermédiaire du temps de propagationl’intermédiaire du temps de propagation

Communication UltrasonCommunication Ultrason

► Démodulation par boucle de Démodulation par boucle de CostasCostas

> Problème actuellement dans > Problème actuellement dans le circuitle circuit

> Problème de détection du > Problème de détection du signalsignal







• … Communication HF

• Communication ultrason

• Interface Graphique




► Modulation de phase pour une bonne robustesse aux perturbationsModulation de phase pour une bonne robustesse aux perturbations


► Utilisation d’un Utilisation d’un thermomètrethermomètre

10mV par degré10mV par degré Sur entrée CAN du PICSur entrée CAN du PIC Calcul de la vitesse du Calcul de la vitesse du son son Cair= 331,5 +0,6.θ (m.s-1)
















► Choix des composants : Le transducteurChoix des composants : Le transducteur

• Directivité: 30°Directivité: 30°

• Fréquence 40kHzFréquence 40kHz


• Distance de Distance de détection : 6 mdétection : 6 m













► Codé en C Codé en C ► Bibliothèques graphiques Bibliothèques graphiques

GDK/GTKGDK/GTK► Portabilité Unix/WindowsPortabilité Unix/Windows

Interface homme/machine:Interface homme/machine:






• …Communication ultrason







► Doit pouvoir fonctionner pendant un match entierDoit pouvoir fonctionner pendant un match entier

AutonomieAutonomie

Détails de Détails de fonctionnementfonctionnement









►Consommation d’une balise fixeConsommation d’une balise fixe- module Xbee : - module Xbee : 55 mA55 mA

- microcontrôleur : - microcontrôleur : 15 mA15 mA

- LEDs : - LEDs : 20 mA20 mA

- émission US :- émission US : 25 mA25 mA

TOTAL :TOTAL : 115 mA115 mA

►Pile 9V 1200 mAh => Pile 9V 1200 mAh => 10h d’autonomie10h d’autonomie


► Estime les états d’un système dynamique à partir Estime les états d’un système dynamique à partir d’une série de mesures incomplètes ou bruitées d’une série de mesures incomplètes ou bruitées

Filtre de KalmanFiltre de Kalman

► But : avoir une localisation très précise But : avoir une localisation très précise

Filtre de Kalman

Système de balise

Balise fixe

Balise fixe

Balise fixe

Balise mobile

Position 1Position 2Position 3

Odomètrie du robot

Position 4

Position Finale











►Taux de rafraîchissement primordialTaux de rafraîchissement primordial

Temps mis en jeuTemps mis en jeu










►Rapide calcul :Rapide calcul :- demande balise 1 : - demande balise 1 : 1 ms1 ms

- attente réponse US + traitement : - attente réponse US + traitement : 10 ms10 ms

- demande balise 2 : - demande balise 2 : 1 ms1 ms


- demande balise 3 : - demande balise 3 : 1 ms1 ms


- demande de l’angle à la boussole : - demande de l’angle à la boussole : 0.5 ms0.5 ms

- envoi au PC : - envoi au PC : 0.5 ms0.5 ms

TOTAL :TOTAL : 34 ms34 ms

►Fréquence de mesures => Fréquence de mesures => 29 Hz29 Hz


Planning Planning prévisionnelprévisionnel










Budget Budget prévisionnelprévisionnel

Budget d'investissementInvestissements Prix unitaire TTC en € Quantité Coût total en € Source

Transducteur émetteur ultrasons 5,29 19 100,51 ENSPS

Transducteur récepteur ultrasons 5,29 9 47,61 ENSPS

Microcontrôleur PIC18F2550 4,50 6 27,00 ARE

Programmateur ICD2 138,00 1 138,00 ARE

Module Radio HF Xbee Pro 34,00 5 170,00 ENSPS

Boussole électronique CMPS03 45,00 1 45,00 ENSPS

Divers composants 100,00 1 100,00 ARE

Coût total investissement 628,12










Budget de fonctionnement réelCharges Prix unitaire TTC en € Quantité Coût total en €

Consommables 60,00

fournitures de bureau (papier, stylo) 20,00 1 20,00

cartouche d'encre (imprimante) 10,00 3 30,00

CD 1,00 10 10,00

Communication 270,00

Téléphone 15,00 6 90,00

Internet 30,00 6 180,00

Frais de déplacements 49,60

Ticket de tramway 2,40 4 9,60

Trajet en voiture 40,00 1 40,00

Charges de structure 900,00

Salle ARE 150,00 6 900,00

Dotations aux amortissements 1173,35

Amortissement ordinateur ARE 100,00 2 200,00

Amortissement ordinateur personnel 100,00 4 400,00

Amortissement matériel ARE 150,00 1 150,00

Licence Altium Designer 375,00 1 375,00

Licence Compilateur MPLAB C18 48,35 1 48,35

Salaires bruts 36000,00

Encadrants ENSPS (2 personnes) 120,00 150 18000,00

Ingénieurs ENSPS (4 personnes) 120,00 150 18000,00

Charges sociales patronales 18000,00

Charges encadrants 60,00 150 9000,00

Charges ingénieurs ENSPS 60,00 150 9000,00

Coût total de fonctionnement 56452,95

Coût total prévisionnel du projet 57081,07

Budget Budget prévisionnelprévisionnel










InvestissementInvestissement

Divers composants

Boussole electronique CMPS03

Modules Radio HF Xbee Pro

Programmateur ICD2

Microcontroleur PIC18F2550

Transducteurs récepteur ultrasons

Transducteurs émetteur ultrasons

Total : 628,12 €










Fonctionnement Fonctionnement

Salaires bruts

Consommables

Communications Déplacements

Charges de

structures

Dotations aux

amortissementsCharges sociales

patronales

Total : 56308,35€










ConclusionConclusion►Respect du planning

►Système presque viable: seul l’ultrason manque►A court terme: Mise au point de la communication Ultrason d’ici le 24 février.

►A plus long terme:- Développement d’une autre balise fixe.

- Test de la localisation.- Finalisation en vue d’un fonctionnement

viable à R5.


Merci de votre attentionMerci de votre attention

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