rapport de projet - ablak mehmet
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Rapport de projet
Lance balles de ping-pong
FACULTĂ DES SCIENCES ET TECHNIQUES
L3 SPI-Ă©lectronique, Ă©nergie Ă©lectrique et automatique
Année universitaire 2018/2019
Rapport prĂ©senter par : ABLAK Mehmet ; BELOUL Mohand; DJITĂ
Ndoumbé ; ISIKO Cem ; MENGUELLET Abdenour
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Remerciements
Tout dâabord, nous tenons Ă remercier tout particuliĂšrement et Ă tĂ©moigner 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.
âą M. Hubert KIHL, responsable projet, pour son investissement et sa contribution.
âą M. Christophe DE SABBATA, Technicien Animateur de l'IUTLab Ă lâIUT de
Mulhouse, pour toute lâaide et les conseils apportĂ©s durant ce projet.
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Table des matiĂšres Introduction ............................................................................................................................................. 6
I. Cahier des charges ........................................................................................................................... 7
1) Contexte ...................................................................................................................................... 7
a) BĂȘte Ă corne ............................................................................................................................ 7
b) Diagramme pieuvre ................................................................................................................. 8
2) Fonctions générales ..................................................................................................................... 9
II. Travaux Réalisés ............................................................................................................................ 15
1) La partie MĂ©canique .................................................................................................................. 15
a) Le socle .................................................................................................................................. 15
b) Support canon et canon ........................................................................................................ 16
c) ProblĂšmes rencontres ........................................................................................................... 17
2) La partie Ă©lectrique et programmation ..................................................................................... 21
a) Menu LCD avec boutons poussoirs ....................................................................................... 21
b) Moteur pas Ă pas ................................................................................................................... 23
c) Servomoteur .......................................................................................................................... 25
d) Moteur Ă courant continu ..................................................................................................... 26
e) Capteur piézoélectrique ........................................................................................................ 26
Conclusion ............................................................................................................................................. 27
Bibliographie.......................................................................................................................................... 28
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Introduction
Dans le cadre de notre cursus en 3Úme année de Licence électronique, énergie
Ă©lectrique et automatique, nous avons eu lâopportunitĂ© dâeffectuĂ© un projet qui
consistait à faire un robot lanceur de balles de ping-pong. En effet, nous avons été
rĂ©parties en plusieurs groupes de 5 personnes qui avaient le mĂȘme 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
dĂ©but Ă la fin avec une libertĂ© dâinclure 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 idĂ©es dans la rĂ©alitĂ©. Le projet devait sâadapter Ă un grand
public du débutant au plus aguerri, pour cela, il devait respecter les normes de jeu du
tennis de table et dâĂȘtre simple dâutilisation. Nous avons donc ajoutĂ© des modes (facile,
intermédiaire, difficile) avec une interface qui aura le rÎle de communiquer avec
lâutilisateur et de lui permettre de choisir le mode qui lui convient le plus soit pour le
divertissement soit pour lâentrainement.
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I. Cahier des charges
1) Contexte
a) BĂȘte Ă 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 Ă
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).
âą 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 dâutilisation 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
âą La partie Ă©lectrique : Alimentation, moteurs, capteurs
âą La partie informatique : programmation (moteurs, capteurs, interface)
Les choix partie mécanique :
Pour la partie mécanique nous avons divisés en 2 parties :
âȘ La partie base du lanceur
âȘ La partie lanceur (canon)
Pour la base du lanceur, on avait le choix entre :
âą Une base fixe rotative
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âą Une base Ă rail coulissant
âą Une base mobile sur des roues.
Pour la partie lanceur, on avait le choix entre :
âą Un lanceur Ă roue(s)
⹠Un lanceur à air comprimé, ressort ou autres
âą Un lanceur Ă catapulte ou masse.
AprÚs plusieurs réunions à peser le pour et le contre pour trouver le systÚme idéal,
nous avons opté sur un systÚme à base fixe rotative et un lanceur à plusieurs roues
(dans notre cas nous avons choisies de mettre 3 roues sous forme de triangle
disposĂ©es sur le canon Ă 120 degrĂ©s chacune des roues lâun de lâautre).
Les choix partie Ă©lectrique : alimentation, moteurs et capteurs
Comme dit précédemment, nous avons eu la chance de pouvoir commander le
matĂ©riel necessaire chez des professionnels de lâĂ©lectronique. En effet, nous avons
choisi dâutiliser un Arduino Mega car elle va nous permettre dâutiliser plusieurs moteurs,
Les roues disposées
autour du canon Ă
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 dâentrĂ©e sortie digital trĂšs intĂ©ressent.
Pour lâinterface de communication, nous avons choisi un Ă©cran LCD qui sera
accompagné des boutons poussoirs pour permettre de choisir entre les modes.
Image 1 : LCD
LâĂ©cran LCD va permettre dâafficher le menu Ă lâutilisateur, le tout sera contrĂŽlĂ©s par
des boutons poussoir.
Pour modifier La direction, on a optĂ© pour le moteur pas Ă
pas qui va permettre de changer
la direction en tournant le
support Ă canon Ă lâaide dâun engrenage qui sera placĂ© au
niveau de la base.
Le moteur va tourner environ 30° vers la droite et 30° vers
la gauche. Lâavantage de ce moteur est de pouvoir le
contrĂŽler par les pas. Ceci qui nous permettra de ne pas utiliser de capteur fin de
course.
Le contrĂŽle du moteur pas Ă pas se fait grĂące au Stepper Motor Driver.
Moteur pas Ă pas 1
Bouton poussoir
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Le driver du moteur pas Ă pas est moyen rapide de
contrĂŽler un moteur pas Ă pas et est facile Ă utiliser. Il prend
en charge la vitesse et le contrÎle de direction, en réglant
son pas et le courant de sortie avec 6 commutateurs DIP.
La propulsion sera contrÎlée par quatre moteurs à courant continu, dont 3 pour lancés
les balles hors du canon et le dernier qui servira Ă propulser les balles vers les 3 roues.
Pour contrÎler 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 Ă pas
Moteur Ă courant continu
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Nous avons pensé à un systÚme de gestion de la cadence. Cette gestion sera faite
par un servomoteur qui tournerait Ă une certaine vitesse avec une tige qui bloquera le
passage des balles. Toutes les modes de jeux auront une frĂ©quence dâenvoi diffĂ©rente.
Shield pour les moteurs Ă courant continu
Servomoteur
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Pour la partie Alimentation, nous avons utiliser 2 alimentations lâun pour le driver et
lâautre pour lâarduino. Elles seront branchĂ©es 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 quâaurait pu effectuer le joueur.
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II. Travaux Réalisés
1) La partie MĂ©canique
a) Le socle
Le support devrait ĂȘtre fixe et rotatif, câest pour cela que nous nous sommes mis
dâaccord Ă la rĂ©alisation dâun socle cubique. La forme de cube est choisie car câest un
moyen dâavoir un socle fixe et solide, mais aussi de pouvoir cacher la partie Ă©lectrique
du projet. En effet, le socle pourra stocker lâensemble des matĂ©riels comme lâArduino
Mega, le moteur pas Ă pas, le stepper moteur driver du moteur pas Ă pas, la plaque Ă
essai, les files et les engrenages mécanique. Nous avons pu le concevoir grùce au
logiciel Corel Draw et lâobtenir avec du polycarbonate dĂ©couper au laser mis Ă
disposition Ă lâIUT 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 systÚme 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 lorsquâun joueur tape sur la balle avec la raquette, il joue sur
trois paramĂštres lâun est lâangle de tir, deuxiĂšme la force quâil exerce sur la balle et le
troisiĂšme lâeffet quâil donne Ă la balle. Le premier paramĂštre lâangle 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 degrĂ©s fixe, nĂ©anmoins, la seule contrainte dâavoir un support canon fixe
est de ne pas pouvoir envoyer des balles pour faire des smashs.
Pour la force, sâil veut des balles longues, il va mettre plus de force tandis que sâil veut
des balles courtes, il va appliquer moins de force. Pour la force et les effets, nous
avons pensĂ© Ă faire varier les vitesses des 3 roues pour avoir des effets ou dâenvoyer
des balles fortes.
Dimension des roues dentés :
- diamĂštre : 5 cm
- hauteur : 3,5 cm
Dimension dâaxe :
- diamĂštre : 1,7 cm
- hauteur : 7cm
Dimension du disque :
- diamĂštre : 9 cm
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Pour le support canon et le canon lui-meme, nous avons imprimĂ© en 3D Ă lâuniversitĂ©,
nous avons fais en sorte que le canon sâemboite avec le support canon.
c) ProblĂšmes rencontres
Nous avons rencontré un problÚme lors de la transmission des balles vers les 3
roues pour Ă©jecter les balles. Le problĂšme que nous avons rencontrĂ© Ă©tait dĂ» Ă
lâinclinaison des 30 degrĂ©s du support Ă canon qui empĂȘcher lâenvoie des balles.
Dimension du canon :
Longueur : 9 cm
Hauteur : 5,5 cm
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La premiÚre solution imaginée pour faire sortir la balle du canon.
Nous avons pensé à faire un systÚme de bielle manivelle mais celle-ci avait la
contrainte de la place car le bout du canon Ă©tait 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
nâavait pas assez de place pour accueillir ce systĂšme.
La deuxiĂšme solution Ă©tait de faire sortir la balle du canon par un ventilateur dâun
ordinateur.
AprĂšs plusieurs tests effectuĂ©s, Le ventilateur nâavait pas assez de force pour pousser
la balle jusquâaux 3 roues.
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Finalement, nous avons trouvĂ© la solution qui Ă©tait dâutiliser une roue avec un moteur
à courant continu. En effet, nous avons un peu changé la disposition de notre systÚme.
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
lâun de lâautre.
Nous avons modélisé en 3D les roues puis mis du caoutchouc pour augmenter
lâadhĂ©rence lors des envois des balles.
Image: Roue 5mm de diamĂštre Image Support moteur fixation
sur PVC
Balle de ping-pong Roue avec
moteur Ă
courant
continu
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Voici le résultat aprÚs assemblage de toutes les piÚces imprimées de notre lanceur de
balles de ping-pong
+
Roue
Moteur Ă courant
continu
Servomoteur qui
gĂšre la cadence
des balles
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2) La partie Ă©lectrique et programmation
a) Menu LCD avec boutons poussoirs
Branchement des composant
GND
VCC
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Nous avons programmĂ© un menu, pour permettre de naviguer entre les fenĂȘtres et
choisir le mode de jeux que veut lâutilisateur grĂące Ă un clavier de boutons : bouton
(+), bouton (-), bouton entrée et un bouton retour. La fonction clavier() contrÎle 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 sĂ©lection de fenĂȘtres. A chaque fenĂȘtre est
attribuée un numéro. Ces numéros permettent d'activer l'affichage et de verrouiller une
position dans le menu. Il y a deux sous fenĂȘtres, 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.
FenĂȘtre 0 :
Lecture des données
Mode 1
Mode 2
FenĂȘtre 10 :
Lecture des données
Mode 3
Plus +
Moins -
FenĂȘtre 1 :
Proposition de
sélection
Appuyez sur => +
Mode 2
Entrée
Retour
Plus +
FenĂȘtre 11-1 :
SĂ©lection
Mode 1
FenĂȘtre 11-2 :
SĂ©lection
Mode 2
FenĂȘtre 11-3 :
SĂ©lection
Mode 3
Plus +
Plus +
FenĂȘtre 11
SĂ©lection
FenĂȘtre 12-x :
Mode X : Go !
Entrée
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Image : Code du menu() Image : Code clavier()
Voici un extrait du code de la premiĂšre fenĂȘtre avec la fonction clavier().
Activation == 0 : quant il nây a pas dâaction
Activation == 1 : bouton entrée
Activation == 2 : bouton haut
Activation == 3 : bouton bas
Activation == 4 : bouton retour
b) Moteur pas Ă pas
Voici le branchement du moteur pas Ă 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 gĂ©rer la frĂ©quence dâenvoi 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 contrĂŽler 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 (dĂ©butant), en effet, elle permet dâenvoyer les balles plus rapidement
vers le joueur.
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d) Moteur Ă courant continu
Pour ajouter les roues avec les moteurs Ă courant continu sur le canon nous
avons acheté du PVC de 5cm de diamÚtre, pour rappel les balles ne font que 40mm
de diamÚtre. Nous avons fixé les moteurs avec roues sur le PVC avec un dépassement
de chaque roue de 0.3 cm Ă lâintĂ©rieur 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 lâarduino, le
shield peut accueillir 4 moteurs ce qui correspond parfaitement Ă 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 grĂące
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 quâa pu renvoyer le joueur.
Le principe de fonctionnement : DĂšs quâune balle touche la table le capteur Ă©met un
signal, ce signal fait incrémenter un compteur qui compte le nombre de balle envoyer.
Si le joueur reussi a renvoyĂ© la balle sur la table le compteur sâincremente encore pour
ainsi comptabiliser les points du joueur, si le joueur nâarrive pas Ă 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 rĂ©alisĂ© nous a permis dâassocier la thĂ©orie avec la
pratique vue en cours, tout en consolidant les différentes matiÚres que nous avons pu
Ă©tudier durant notre cursus. Il nous a Ă©galement permis de travailler en groupe, de
communiquer et ĂȘtre a lâĂ©coute tout en sâadaptant aux diffĂ©rentes problĂšmes 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 nâont pas Ă©tĂ© atteints, et plusieurs
amĂ©liorations auraient pu ĂȘtre faites. Les principaux problĂšmes, que nous avons
rencontrés, ont été résolus mais ces problÚmes nous ont coutés un peu de temps pour
lâavancement du projet. La date butoir pour les rapports prĂ©cĂšde la date fixĂ©e 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