Conception, réalisation et commande d'un robot mobile

Rép u b li q u e

Alg

ëri e n n e D ém,o

u

ati rtru e et

P

opul,

nir

e

Ministère

de

I'Enseignement Supérieur

et

de

ls

Rechercke ScienttJique

Université

Mohammed Sedilik

Ben

Vuhia -

Iïjet

Fuculté

des

Sciences

et de

la

Technologie

Dëp

artement

d'

E tl

ectroniqu

e

lflhnoire

{rfin

tén{es

pour

l'a6ta*ion

[uùipf&ne te

grlaster

_{enfl&çtrani#o}

Apfitn

:

Ekærodrye

&s ,ry*èncs

lEmùarryés

tfrèmtt:

Coweptitrl

râd,frsation

st,

c

,e

{t$t

ro6ot

Prescnté

par;

M. Mohammed

BOUHÛBII-A

M. Houdaifa

MAOUDJ

Encadré

uar

:

Dr

: Chaâbane

BOUBAKIR

Promotion

:

fuin

2018.

ui6rn6rîfr

Nous

rcmerciotu

IDIEÛ

ft

tout puissant qai

nous

a

{onne

faforce,

fa

çofonté et

[^e

coutl

pour

accompfir

ce

mo{este

trartd['

Nous

tenorts à

notre

gratitude

et

notre

Prafonie

re

connn'is

s

ance

à

17 ég

arr{

notre

promateur

*tr:

C' rBouhaki'

ql

nÛus

o toujours occueifli

attec

ses

iffance

_{et qui n'o}

_ménngé

_ni

son

temps

m

pour'nous

gui[er,

Nous fumercionç

*Lr:

Wouf

ful.aouQ,

@**

ainfittiment ai[é

ns

notre traaaif.

Ir{ous

tenons à

retmercrcr

n{-onsipur

:

fl.Ennour

Ee[rtoucfret

pour

son

ai^[e

por,rctueffe

dtt

ffiace

[ans

ta

partie

mécani4ue

[u

ro6ot.

9{os remerciements

rtottt

usti

ut4mem6res

de

ryfi!

qui ont

accepté

[e

er

notre

travaif.

Nous

eryrimo,ns

nofielprofon[e

reconna'issance

à

tous

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amxs'

Nous

remwrçiot's

person:ne

ayant panictpée

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à:

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Je dé,ûe

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nw

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hfuôffisffuÉnfa

et

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fafffiifie

frldnl$,

gt

à

tsus

ceu,qpi, ont contritué

d"

yàr

ou

de

hinpou,r

Etro

æ

Fqfet soitfait, je

vous

ûs nsrci

Sommaite

Liste des

abréviations

..-r.!'.i.r'r,r..

""""'

vii

Liste des figures et

tablearrx

'.-ira...r...r....r

"""""""""'

x

Introduction

génerate

"""""

0l

Chasitre

I

: Généralitfs sur les robots

^

I.3 Caractéristique d'un

robot..

""""""""'

4

I.4 Differents!?es de

robots

"""""""""

5

I.4.l

Robotsmanipulateurs...,...

"""""""""

5 L4.1.1 Définition d'utr

ma1ripu1ateur...".".i'.'..'...!.'.."

"""""""""'

5 1,4.I.2 Composantes lbnc{ionnelles et techn{ogie d'un

manipulateur

... 5

I.4.2 Robots

mobiles

"""'7

n

I.4.2.1Définition..

...i...j.'....'..-'

...."..'..'."""'

t

1.4.2.2 Structure et types de robots mobiles

!.,....r..rr.i.'...

"""""""'^"'

I

I.5

Classificationdesrobotsàroues

"""""""""""'

l0

I.5.1 Robot

unicycle

.a...,r..,r....'..

""'

10

L5.ZRobattricycle

... ...,....-..-

"""

l0

I.5.3 Robot

voitwe

"""

11

I.5.4 Robot omnidirectionnel ..,...

I.6 Comparaison des diffiirents typet de robot à roues

.'."....

"""'

12

L7 Applications dec robots

motÉlee

"""

13

L8

Générationsdesrobats

.'...,,,,....f...,.

""""'""""""

13

I.8.lPremière

génération...,...

"""""""13

I.8.? Deuxième

génération...,...

...,'...'.."'.

""""""""14

I.8.3 Troisième

génÉration...,...

""""""14

I.8.4

_Quatième

génération etr

au-delà

""""1'4

L9 Conclusi

iv

II.t

Introduction...

"""

15 Il.2Conception de la stucture mrécanfque du

robot

" ' "

"

16

Il2.llaplatefonne

"""'

17

ll.Z.ZLesrouesmotrices

etrou{sfslle

...

"'"

"''

l7

IL2.3 Fixation et montage cles r$ues

motrices

"

"

"

'

18

Il.2.4Êntrainementdesrouesnfotrices

''''"

18

Il.Z.4.LLcs moteurs à cofrant continu

(MCC)

"""""""'

"

19

llz.4.zl-esmoteurspasftpas

""""'

19

IL4.2.3 Les moteurs san$ balais (ou nroteur

brushless)

""""""""'

19

II.2.5 Fixation des moteurs sur _{a base du robot via un

support

" '

'

19

II.2.6 Réducteur de vitesse ... -.i

-.-

" ' ' " ' 20

II.3 Conception et réalisation élecfiopique du

robot.

"""

' ' ' 21

IL3.I

Architcctwcélectroniquelgénéraledeconrqande

"''''

'"'2l

II.3.2 Circuit électroniques

cot{robot...'....

"' "'

"'"22

ll.3.2.LAlimentation ...

i..

"""""22

ll.3.2.zCmte de

cornmapde

'-

"""

"'

22 ll.3.2.2.1Le c{oix du microcorrûôleur : pourquoi le pic18F4550 ? .. ...'....'. 23 ll.3.2.2.2llloc1d'affrchage

(LCD)

"""

""26

II.3.2.3 Carte de

puissaqce

'-'"''''

28

II.3.2.3.1 I'ont sn

H

...

,...28

ll.3.2.3.2Conqeption de la cartc de puissance

"""

""""""29

11.3.2.3-3Déteption des obstacles

"""

"'

""'32

II.3.3 Circuits électroniquer cot$

télécommande

"""

33 IL3.4 Programmation sérierdaqs le

circuit

""""34

IL3.5 Simulation et routage def cartes électroniqqes

réalisées

-'..."....'..' 35

Chapitre

III

: Développcrnon{ informatique (stfstégiecr progrernmatiCIn Êt coilmânde} et

iaPProche de navigation floue

lII.l

Introduction ...

IIL3 Commande et asservissement drF

robot

" ' " ' ' 38

IIL3.I

Modélisation des mÛteufs à courant contin$e

utilisés

"""""""'

39

III.3.|Identificâtion des prrarnptres K ct z des m{tews

."..."'.'..".'

""'

4I

nI.3.3 AssErvissernent envitespe dumoteur de

nftremoteuÏ

'

'"

'"

""

44 III.3.4 Calcul des coefficients du correcteur

PI

.-I

'

"""

' '

"

45

IIL3.5 Le choix de la fréçlencç

d'échantillonnag$

""

48 IU.4 Localisation du robot ...

IIL4.1 Codeurs

optiçes

...i.

III.4.2 Gestion des ultrasons .. . _".

-...48

IILS Implémentation de la partie infgrmatique

enrbarqrjee

" ' ' 52

ru.5.1 Carte de

commandi:

"""

53

III.5.2 Configuration et gestior| de la eonrmunica$on USB

"

'

'"

' 53

IIL5.3 Communication

SPI

"'

' 54

Ill.5.4latélécommanie..-.--i.'".'i..

""'"""

55

m.5.5 Protocole dc communicption sans

fil

prop$sé

' " '

"""""

" ' 55 flI.5.5.1 Coté

émetteur

"""""""

55

fi1.5.5.2Coté

récepteul

"'r"

"'

""" """

56

IIL6 Implémentation de la partie _{inf[rmatique Distant {Application}

S/indows)

" '

"""""

' ' "

'

56

ilI.6.lNavigatew

floupreposf

""""""'

56

III.6.2 Structure de base d'un $ystème de contrôl$ flou

"'

'

"'

"'

''"

57 IIL6.3 Lanavigation

floueproposé

.'.'....f

'

""'"

57 1II.6.3,I Lalocalisatio$

durobot

"

'-'

""'

58 Ill.6.3.2Fonctions d'appatenances des e{ruéeslsorties du

planificateur

.. .' 60

III.6.3.3 Base des règlep floue proposé*

'.]"'

"""

61

IIL6.4 Application Windows

rpalisée

""""""

64

Conclusion générale

... 69

Bibliographie

...

'.."..'r""""""""

CAN

CCP CCS CDC I,A

IGBT

NCP

LCD

MCLR

MIMO

MOSFET PC PGC PIC

PID

PWM

RAM

RF RI,A Analogique

N

Capture

/

Custom puter Services.

Comm ion Device

Intelli

Artificielle.

Bipolar ial Programmi Display.

Multi-Output.

Metal-Ox

Program Plock Pin. lntcrface ler.

F ield-Effect Trans istor.

ative. Modulation. memory. v. itute of

Americf.

vil

RISC

ROM

ROV

SISO SP SPI

UAL

USB Set Computer.

Remotely underwàter Vehicle. Singlç-

I

StaçkPoi

Serial Peri Interface bus.

uniré

Arit

Universal

et Logique.

Bus.

Liste

des

figu

Figure

I.1

: Tortue de Grey V/alter..

Figure

I.2

: Constitution d'un robot

Figure

L3

: Système mécanique Figure

I.4

: Eléments d'un robot

Figure

I.5

: Structure d'un robot

Figure

L6

: ExemPles de robots à ro et à chenil

Figure

L7

: ExemPle de robot mobil à pattes.

Figure

I.8

: ExemPle de robot à co articulés (AS (à roues et à

deHONDA)....

.

..'...'....'.'..'..'..9

Figure

I.9

: ExemPle de robot hY

Figure

I.l0

: ExemPle de robot (sous-marin). Figure

Ll

1 : Robot de tYPe

Figure L 12 : Robot de type tricycle.

Figure

L13

: Robot de tYPe voiture. Figure

I.14

: Robot de tYPe omnidi

Fizure

I.15

: Photos de roues les (.

Fizure

I.16

: Photos de robots à et à 4 roues les. ...

Figure

II.1

:

Architecture

gênérale robot sous _^Sol Worlcs. Ëigure

II.2

:

Design dç la Platefo

Figure

IL3:

Design de la P

Figure

II.4

: Roue motrice et roue

Fisure

II.5

: Photo du mécanisme

Fizure

II.6

: Photo réelle du des moteurs Figure

II.7

: Photo réelle des fixée sur le

Figure

II.8:

Réducteur de vitesse Figure

II.9

: Une vue détaillée sur Figure

II.10

: Schéma électronique

hnalisée. 22

t1

TZ 12

t6

17 17 18 18

t9

20 'ensemble du de la carte de

Figure IL 11 : Conditionnement signaux des optiques des moteurs. ..'.'...'.. ".' ....'. 23 Figure

II.12

: Brochage du

mi

PIÇT8F

25

ix

Figure IL 14 : Schéma fonctionnel d Figure

II.l5

: Photo de

I'afftcheur

Figure

II.16

: Pont en H...,... 28

Figure

ll.l7

: Montage inverseur à de

fransistorNPN....,..

,...30

Figure

IL18

:

DriverMOSFET.,.,.,

Figure

II.19

: Montage pour la

pWM

àbase de

TransistorNPN.

...31 Figure

il.2A

: Schéma

final

de la

Figure

ILZI

: Capteur à ultrasons Figure 11.22 : Schéma électronique

Fizure

II.23

: Photo des deux du svstème do fiansmission..

...

...34

Figure 11.24 : Connecteur pour la

Figure IIL

l :

Schéma fonctionnel système de coqfiôle du

robot.

...38 Figure

III.2:

Réponse

indicielle

du

Figure

III.3

: Tension

d'excitation

réponse indicielle du moteur coté

droite

....42

et la reponse

indicielle

du moteur gauche. ...43 Figure

III.4

: Tension d'ah

Figure

III.5

: Réponse

indicielle

du gauche sous

Matlab

...43

Figure

IIL6

: Schéma de

Figure

IILT

: Le Placement des

d'un

système dp 2 ordre dans le plan oomplexe

'.."'.'.41

optique.

...48

Figure

III.8

: Signaux

d'un

Figure

III.9

: Gestion des signaux un encodeur optique par intemrption. ... ...'.... 49 Figure

III.l0

: Placement des ultrasons sur le

robot.

... 50 30

Figure

lII"13

:

Algorithme

de gesti des capteurs

ultrasons.

...52 Figure

III.14

: Interface du compi

Figure

III.15

: Schéma bloc qui ique la configur4tion de

l'oscillateur

...'...54 Figure

IIL

16 : Les durées

d'envoi

Figure

III.|7

: Structure générale

Figure

III.t8.

Schéma fonctionnel Figure IIL 19.

La

situation du robot

Figure

III.20

: Modèle d'évolution un robot à roues differentiellcs .

...."...

...'..59

Figure

III.I

I

: Organigramme de Figure

III.L2:

Timing

du capteur

Figure

III.21

: Fonctions

d'

Figure

IlI.22.

Fonctions d"

des

entréeg

...60

des

entrées

...'..6I

d'obstaclcg

...'62

Figure

IIL24:

Comportement du en coûvergeant vers la

cible.

...62

Figure

III.25

: Interface graphrque Figure

III.26:

Implémentation du

I'application

rdalisée.

...64

Liste

des

tableaux

Tableau

I.1

: Avantages et

Tableau

I.2

: Demain

d'

des robots

mobiles.

...l3

Tableau

II.l

: Caractéristiques pri du

pic

18F455CI.

...26 Tableau

II.2

: Brochage du

LCD...

Tableau

II.3

: Caractéristiques des

IRF49\S

etIRfi2AS

.,...29 Tableau

III.l

: Méthode

d'évi

Tableau

IIL2

: Table d'inference du planif,rcateur flortr proposé.

...

...63

La

robotique est

l'

le des études, dqs techniques de conception et de mise en ceuvre des robots effectuant des

existe

différentes catégories de robotique mobile.

déterminéps en s'adaptant à leur environnement.

Il

robots,

celle

qui a

fait

I'objet du

présent

travail

est la

Les

robots mobiles

ont

réalisations pertinentes donnant

utilisés

dans

divers

applications.

En effet,

plusieurs

plus

en

plus

dans

la vie

quotid

_du

grand

public.

Notamment dans

le

domaine de

l'entretien où

des robots aspi ainsi que d'a,utres robots

dits

de ménage eonquièrent

de

la

sécurité

civile

divers prototlpes,

chargés par exemple de pénétrer dans des its hostiles en cas d'incendie. de tremblement de terre etc., mais aussi d'effectuer des

sont déjà

opérationnels.

De

pl

res précisps comme les désamorçages des bombes

d'autres appligations comme

la

conquête spatiale

fait

intervenir principalement des _{mobiles [1-3],}

L'objectif

de

notre trav est de réaliser

un robot mobile à

roues différentielles,

la

détection deE obstacles

et de

deux

odomètres pour

du

robot.

Lc

rtobot sera télécommandé

à

distance en

doté

de

capteurs ultrasons

calculer

la

vitcssc

et

la

positi

utilisant un

module

radio

₀₁

TX433

MHz

et

un

récepteur RF433

MHz);

le

robot

communique aussi avec le PC

v

le port USB.

Pour I'autonomie du un système de gavigation

flou

sera mis en place

afin

de

configwation

infltiale à une oonfiguration

ciblç,

dans un

lui

permette de se déplaoer

d'

environnement

ineonnu d'intéri

tout

en

assurant

l'évitement de eollision

avec

les les deux vitespes (celle de la roue gauche et de la roue obstacles. Ce navigateur

flou

droite)

à envoyer aux acti du robot. FinalBment, un régulateur classique

PID

sera mis en place

afin

de permettre au de suivre les consignes en vitesses.

Ce travail compofie trois

Le

premier chapitre

sera consacré

à

des

généralités

sur les

robots,

en

mettant

ite

à une comnnercialisation internationale s'insèrent de

un

vaste marché. .Dans le

Dans le deuxième

une

explication détaillée

sur commande, télécommande.

)

Les stratégies de

seront présentés dans le chapitre

Enfin,

nous

termi

perspectives pour d'autres

ce

manuscrit dans cet axe.

nous présentefons la conception mecanique du robot et

réalisation

de{

differents cartes

(cartes

de

puissance,

les

outils

d$ programmation et

le

planifîcateur floue

Ll

Introduction

Un

robot

est

un

informatique) conçu

pour

de I'auteur

Karel

Capek: R.

U.

frère Josef

à

partir du mot

T

L'usage du terme < Robot > s'est

distributew,

dispositif

d'adversaire sur les plateformes

Dans ce

chapitre, nous

historique

de

la

robotique

et

diftrents

types des robots sera

Chapitre

I

lités sur

les

robots

if

mécatronique

(alliant

mécanique, électronique

et

ir

automatiqupment des tâches

imitant ou

reproduisan!

humaines. La conception de ces systèmes est I'objet d'une

la première fois dens la pièce de théâfre (Science-fiction)

(Rossum's Universal Robots).

Le

mot

a été créé par son

ue

< Robota

> qui

signifie

<

travail,

besogne, corvée >.

utilisé pour prendre des sens plus larges : automate

de

forme

humaine

ou

animale,

logiciel

servant

jeux

informatiqpes etc. _[1].

des généralités

sur

les robots. Après

un bref

caractéristiques des

robots, une

description

détaillée

des

dans un domaine précis, des

discipline scientifique, branche I' automatisme npmmé robotique.

Le terme robot apparaît

où nous insisterons sur les robots mobiles.

i;-t

I.2

Historique

-

l92l:

Karel Capek,

R

-

1940

:

Isaac

Asimov

robotique.

(Rossum's Universal Robots).

t

un

ensembl:e de nouvelles

sur les

robots

trois lois

de

la

-

1948 : Grey

Walter

inve le premier robot mobile autonome

(figure I.1),

une tortue

se

dirigearrt

vers

lcs programmable.

rces

de

lumi:ère

_{qu'elle perçoit, mais ce robot}

_n'est

pas

re

I.1

: Tortue de Grey Walter.

-

1961

:

Premier robot

mis

en

place dans

une

usine

de

General

Motors

:

UNIMATE

(tubes de télévision).

Fin

des années

60

:

en place

de

< Shakey

>

premier

robot mobile

intégrant

perception, planifi cation

_{t

exécution.

-

1977 . prenaier robot mobile français HTLARE au

LAAS

(CNRS Toulouse),

-

1978

:

PUMA

( General Motors.

le

Universal

Machine

for

Assembly)

développé par

1992: Mise en place de

l{

compétition annuelle

AAAI

sur la robotique mobile. 1995 : Mise, en place de

l{

RoboCup.

1997 : Premier robot mobile extra planétaire sur Mars.

2003 : Projot < Mars E ion Rover >

(Spirit

&

Opportunity).

-

2009 : Projet < Mars Laboratory > succédant au projet Rover, 2049 : Robot Nao utilisé

_{

la RobocupSoccer.

2012:

Des

robots

sont aussi

développés pour

l'aide

à

domicile

et

I'assistance: coûtme Rom$o _{d'Aldebaran robotics [2].}

[.3 Caractéristiques

d'un robot

Le

robot est choisi en

en compte sont :

de la tâche

qu'il

va effectuer, les paramètres à prendre (de quelques

kilos

à quelques tonnes), à déterminer dans les conditions les plu$ défavorables.

i'*;*_l

: ',)

i-.-.-..,-..---t'

=

Le volume

de travail,

terminal. Tous

les

travail.

Le type du robot et la on à effecfuer.

La vitesse de dé

La masse du robot.

Le

cott

du robot.

L4 Différents

fypes de

robots

En

général,

nous di

principales

de

robots

:

les

robots manipulateurs çJ lçs robots

L4.1 Robots

manipulateurs

Le

robot

manipulateur _{manipulateu$ est}

_une

_{structure mécanique inspirée du}

bras

de

l'êfre humain.

De

pl

en

plus

avef

l'évolution

de

la

technologie,

les

bras

manipulateurs acquis une

deux

catfgories

taches qui ont besoin d'une précision, etc.) et la médecine (té1émanipulateurs),

L4.1.1

Définition d'un

manipu

différents domaines comme

l'i

Selon

la RIA

(Robot I

reprogrÉunmable,

multi

outils ou tout autre

dispositif

et d'accomplir une variéte

d'

I.4.1.2 Composantes

Un manipulateur est cons un _{rôle spécifique [3]:}

flexibilité,

ce

_{ui

a

permis

_à

I'homme

de I'exploiter

dans

$rie (les chainls de fabrications, les postes de soudures, les

titute

of

Amefica) c'est

un

manipulateur

qui

doit

être

et

conçu

pouf

déplacer

des matériaux,

des pièces, des

llisé

au moyen d'une série de mouvements programmables

taches.

et technologie

d'un manipulateur

de cinq composantes (fîgure

I.2),

chaque une d'elle

joue

Acfiol*nr

_{usteûr} Cory* (segmeaÇ Bq$€ {$æl,s} .{,-fe _{t*rticrd*riou}} Ërgaaetemiu*I tosti$

a)

Capteur

_{{organe de} Dans les robots.

il

perception

de

l'état

interne

position,

la

température

i

deuxième

type

sont

les

deux types de capteurs,

Le

premier

type

est

utilisé

pour la système

ou robot,

comme

la

vitesse

de

déplacement, la

, etc.

Ces

capteurs

sont

dits

capteurs

proprioceptifs.

Le I'environnernent extérieur par

rs

extéroceptifs

qui

permettent

au

robot

de

reconnaitre mesure des

diftrents

paramètres

tel

que

les

distances, la idité, la force, la vision, etc.

température, les radiations,

I'h

b)

Actionneur

(organe de

tion)

Il

appartierrt

à la

partie

ive du

s'ystème,

il

s'agit d'un

convertisseur d'énergie

primaire (électrique)

en

éner mecanique. .Lcs actionnçurs

sont

classés

selon

plusieurs critères,

le

plus irnportant est

I'

plusieurs classes d'actionneurs électrostatiques, etc.

ie utilisée par

l'actionneur

lui-même, on distingue alors

électriques, pneumatiques, hydrauliques, piézoélectriques,

c) Organe

terminal

Cette

partie est

reliée demière

_;jonction

(main) d'un

manipulateur

qui

gère

connexions

à

d'autres machines

ou

effectue les tâches généralement

les

objets, établil

requises.

Un

organe terminal être

multifonctionnel,

au

sens

où

il

peut être

équipé de plusieurs dispositif's ayant des

interchangeable.

d)

Mécanisme et base

Le mécanisrne

d'un

robot

du

bras humain

(figure

I.3).

Il

d'amenef I'organr:

terminal

caractéristiques de vitesse et

d'

une base

fixe qui

est

le

repère calculés par rapport à ce repère.

ites difïërentes.

Il

peut êfre monofonctionnel, mais

manipulateur est une structure plus ou moins proche de celle

rmet de remplacer,

ou

prolonger, son

action.

Son

rôle

est

une

position

et

orientation données,

selon

des

ilération

données.

Le

système mécanique articulé est

lié

à bras,

tous

.[es mouvement

(position

et

orientation)

sont

Figure

[-.'*---- ]

e)

L'articulation

Une articulation

lie deur

l'un

à l'autre.

corps successifs en

limitant

le nombre de degrés de liberté de

0

Système de

contrôle

Le

svstème de contrôle

va

permettre au

robot

d'anal

I'aide d'un

algorithme pré

peut regrouper les éléments du

I.4.2 Robots mobiles

Nous regroupons sous la

un

dispositif

(ou ensemble de dispositifs) électronique

qui

les données provenant des capteurs, de

faire

la

décision à

pour envoyer les ordres

relatifs aux

actionneurs. On

comme montré sur le schéma suivant :

Figure L : Eléments d'un robot manipulateur.

notation robots mobiles I'ensemble des robots à base mobile. par opposition notamment aux manipulateurs.

La

classe des robots mobiles contient plusieurs types,

la

différence eux est le

type

de

locomotion

qu'ils

soient marcheurs (à pattes), sous-marins, aériens ou roues.

L4.2.1Dé{inition

Un

robot

mobile

est un se déplacer. Suivant son degré raisonnement _[4].

le doté de moyens de locomotion

qui

lui

permettent de

ie,

il

peut être doté de moyens de perception et de

Les robots mobiles occ une place particulière dans

le

domaine de

la

robotique.

Leur

importance réside dans mouvement,

qui

ouvre des applicæions dans de nombreux domaines.

Comme les

robots son

but

est d'aider

I'homme dans des tâches ardues (nucléaire, marine,

Le

côté de

la

mobilité

une technologie complexe

et

une méthodologie qui rençontés par les robots manipulatews,

La

solution de

i-;_]

lrl l_--.",_-v ÂcH*nneurs Le Syst*me nÉcanigue lrtic$té Syst*me de

cornmar#

ces

problèmes implique

1'

technologique

et

dans

le d'intellisences artifi cielles ou

de

toutes

les

ressources disponibles

de

I'information

par

I'utilisation

des

âu

nlveau techniques traitements spéciaux [3],

I'4.2,2

Structure

et types de

mobiles

.

La structure

d'un

robot mobile

l-

La structure méeanique

2-

Les organer; de sécurité

composée de quatre éléments _[4]:

3-

Le système de traitement informations et gestion des tâches.

4-

Le svstème de localisati

fférents éléments qui constituent un robot mobile :

la motricité

,' _'(D ,..if;

I.5 : Structure d'un robot mobilc.

Généralement, nous dist plusieurs types de robots mobiles comme

:

les robots à roues ou à chenilles, les à pattes ou marçheur, les robots hybrides, les robots à corps articulés, les robots volants, les capables de nager.

a) Robots à rouesrou à

chenil

Les _{robots à roues sont les} plus communs, faciles à contrôler grâce au nombre

limité

de degrés de liberté et très sur un terrain

plat

ou modérément accidenté dans le cas

des chenilles.

Ils

rsont largemenf utilisés dans

I'industrie pour

le

fransport et

la

manutention dans des ateliers automatisés. La figure suivante illusfre quelques exemples de ces robots.

r--*-*-- I iél

b)

Robots à pattes

Par rapport aux aufres les robots à pattes ont une

mobilité

supérieure grâce à un grând nombre de degrés de

li

Le oontact avec lË sol est séparé, ce qui permet la sélection

des

conditions

locales

du

terrain.

La

charge

utile

est

des points dappui

en

relativement faible, essentiell à cause de la puissance faible de la levée (figure I.7).

Figure 7 : Exemple de robot mobile à _Pattes.

c) Robots à corps

articulés

(

Il

se compose de plusi rapport

à I'autes.

Certaines celle du serpent (figure L8).

marcheur)

unités élémentaires avec plusieurs degrés de liberté

I'un

par

de ce type

permettent une

mobilité

analogue à

Figure

I.8

: Exempl

d)

Robots

hybrides

de robot à corps articulés

(ASIMO

de

HONDA)'

Certains robots mobiles bont basés sur plusieurs principes de locomotion pour intégrer leurs qualités respectives, comnfe le montre la figure ci-dessous :

r;l

t_:È

chapitre |

|

Généralités sur les robots

e) Robots nageurs

Ce type de:s robots conçus pour _{être étimche à}

I'eau

et

pouvoir

ainsi se déplacer sous

l'eau (figure

I.10). Pour un usage domestique, on retrouve fréquemment les robots nettoyeur

de

piscine.

L'autre

catégorie majeure des

robots

sous-marins

sont les

ROV

(Remotely

Operated underwater

Vehicle),

les robots explorateurs commandés à distance. On peut aussi les

utiliser

pour ohtenir les épaves des bateault ou pour localiser les fuites sur les bateaux et réparer les ailles.

Figure L 10 : Exemple de robot nageur (sous-marin).

L5 Classification

des robots à roues

Dans

le

carire de notre

travail,

nous nous intéresserons plus particulièrement au type des robots à roues

qui

peuvent être classés selon la position et le nombre de roues utilisées en

plusieurs classes. l3énéralement, quatre grandes catégories de robots à roues sont largement citées dans la littérature et seront développées dans les sections suivantes.

I.5.1

Robot unicycle

Un robot

de

type

unicycle est

actionné

par

deux

roues indépendantes,

il

possède éventuellement des roues folles pour assurer sa stabilité.

Le

centre de sa rotation est situé sur I'axe reliant les detrx roues motrices (figure I.11). Sa commande peut être très simple,

il

est en

effet assez

facile

de le déplacer d'un point à un autre par une suite de rotations simples et de

lignes droites.

Figure I.12 : Robot de type unieyele.

I.5.2

Robot

tricycXe

Un robot de type trieycle est constitué de deux roues

lixes

placées sur un même âxe et d'une roue centrée orientable placée sur I'axe longitudinal.

Le

mouvement du robot est donné

I

Chapitre |

|

_,

Généralités sur les robots

par

la

vitesse des deux roues

figes

et par l'orientation de

la

roue orientable.

Le

centre de sa rotation est à I'intersection de

l'{xe

qui

contient les roues

fixes

et l'ære de

la

roue orientable

(figure I.12).

Figtrre I.13 : Robot de type tricycle. I.5,3

Robot

voiture

Un

robot de type voiture est semblable au

tricycle,

il

est constitué de deux roues fixes

placées

sur

un

même axe

et

dÇ deux roues centrées orientables placées

elles

aussi

sur

un

même axe

(figure

t.l3).

Le

robot de type voiture est

cependant

plus

stable

puisqu'il

possède

un

point

d'appui supplémentaire.

Figure I.14 : Robot de type voiture.

L5.4

Robot

omnidirectionnel

Un

robot mobile

est

dit

pmnidirectionnel

_s'il

est possible d-agir indépendamment sur les vitesses (vitesse de translatiQn

le long

des axes

x

et

y

et vitesse de rotation autour de z).

D'un point de vue cinématique, pe n'est pas possible avec des roues fixes ou des roues axiales orientables. Cependant, un robof omnidirectionnel peut êhe fabriqué en

utilisant

un ensemble

de

trois

roues deoenfiees orienlables

ou

trois

roues suédoises disposées

aux

sommets d'un

triangle équilatéral, comme le mpntre la figure (I.14).

{"-

I l q4 I

t,.l L_-,^Ër

Chaoitre | | Générelités sur les robcts

La figure suivante illustre des photos de trois tr'pes de roues omnidirectionnelles :

Figure I.16 : Photos de roues omnidirectionnelles (holonomes).

Il

en résull,e plusieurs sortes de

robot

holonorne selon

le type

et

le

nombre de roues

utilisées

comme

:

les

robots holonomes

à

pattes

(le

robot

Pupuce),

les robots

holonomes rampants (le robot The Chomp), les robots à 4 roues ornnidirectionnelles, les robots à 3 roues

omnidirectionnellos (figure I. 1 6).

Figure L 17 : Phstos de robots à pafles et à ,1 _{roues omnidirectionnelies,}

I.6 Comparairsn

dec

différents typer

de

robot à

roqes

Les avantaÉEes et les inconvénients des différent;s types de robot à roues sont rÈgroupés dans le tableau ci-dessous :

Type de robot Avantages ett inconvénients

Robot unicycle - non"holonome

+ statlle

+ rotartiorr sur soi-même

+ _{cornplexitr! mécanique faible}

Robot tricvcle - non-holonome

- peu stable

- pas dÊ rotal,ion sur soi-même

*

cornplexitri mécanique modérée

Robot voiture - non-holonome

+ stable

- Pas de rotation sur soi-môme

Robot omnidirectionnEl

sur sol-meme

ité mécanique important

Tableau

I.1

: Av{ntages et des robots à roues [6].

I.7 Apptications

des robots molbiles

Le

domaine d'applicatiqn des robots mpbiles est

vaste,

nous

présentons quelques applications dans le tableau suivpnt :

Domaines Applications

lndustrie nucléaire Surveillartce de sites

ManipulaËion de matériaux radioactifs

Démantèlement de centrales

Sécurité civile - Neutralisâtion d'activité terroriste

- Déminagç - Pose d'e4plosif

- Surveillance de munitions

Chimique - Surveillarice de site

- Manipula[ion de matériaux toxiques

Mine - Assistancê d'urgence

Agt'icole - _Cueillettc de fruits

Nettoyage - Coque de navire

- NettovaEË industriel

Espace - Exploratiôn

lndustrie - _Convoya$e

- Surveillance

Sous-marine Pose de câbles

Cherche de modules

Cherche

_{e

navires immergés

Inspectiofr des fonds marins

Militaire Surveillarice

Pose d'explosif

Manioulation de munitions

Tableau

L2

:

d'applic{hons

des robots mobiles [4].

I.8

Générations des robots

Les

ingénieurs

et les

sqientifiquos

ont

afralysé

l'évolution

des robots, marquant les progrès en fonction des génératipns de robots.

L8.1

Première génération

Un

robot

de première g$nération est un hras mécanique simple. Ces machines ont

la

capacité de

faire

des mouveme{rts précis

à

grande vitesse, de nombreuses

fois,

pendant une longue période.

De

tels robots

tfouvent

une utiligrttion industrielle répandue aujourd'hui. Les robots de première génération ppuvent travailler en groupes, par exemple dans un système de

fabrication intégré automatisé (,+IhlIS), si leurs âûtions sont synchronisées. Le fonctionnement

'-"--*t

!13i

L-___y

de

ces machines

doit

être survpillé

en pennânence, oar

si

elles

ne

sont

plus

alignées elles

peuvent

_c0ntinuer

_à

_{fonctionnçr,}

_le

_résultat

_{peut être une}

_série

_de

_mauvaises

_unités

_de

production.

f.8.2

l)euxième génération

Un robot de seconde génpration possède une intelligence machine rudimentaire. Un

tel

robot est

équipé

de

captews

_ftui

lui

informent sur

le

monde extérieur. Ces

dispositifs

comprennent des capteurs de p{ession, des capteurs de

proximité,

des capteurs

tactiles,

des

systèmes de radar, de sonar et

_{e

vision.

Un

contrôlew traite

les données provenant de ces

capteurs

et

ajuste

le

fonctionne{nent du

robot

en conséquence. Ces

dispositifs

sont devenus d'usage çourant vers 1980. Les rpbots dc dcuxième génération pçuvent rçster synchroni.sés les uns avec les autres, sans

avoir

_{

être constamment surveillés par un opérateur humain.

Bien

sûr, une

vérification

_{périodique lest nécessaire avec} n'importe quelle machine, car les choses peuvent toujours mal tourner ; plus le système est complexe, plus

il

peut mal fonctionner.

L8.3 Troisième génération

Le

concept

_{d'un robot fle}

troisième

génération englobe

deux

grandes

voies de

la

technologie robotique évolutive

i

le robot autonome et le robot d'insectes.

Un

robot autonome peut

travailler

seul.

Il

contient ufr contrôleur, et

il

peut faire des choses en grande partie sans

surveillance,

soit

par un ordinatpur extérieur

ou

par

un

être humain.

Un

bon exemple de ce

type de robot de troisième générption est le robot personnel dont certaines personnes rêvent.

Il

existe

certaines

situations da4s

lesquelles

les

robots

autonomes

ne

fonctionnent

pas

efficacement. Dans ces cas, unel

flotte

de robots insectes simples, tous sous

le

contrôle d'un

ordinatew central, peut être utilipee. Ces machines fonctionnent comme des fourmis dans une

fourmilière,

ou

comme des abQilles dans une ruohe.

Alors

que les

machines individuelles

manquent d'intelligence

artificiefle

(IA),

le groupe dans son ensemble est intelligent.

L8.4 Quatrième génération

et

_{u-delà

Tout

robot

d'une sorte ài

mette

sérieusement

en

service est

un

robot de

quatrième

génération.

Des

exemples

de

peux-ci

pounaient être

des

robots

qui

se

reproduisent et

évoluent

ou qui

incorporent

def

composants biologiques aussi

bien

que mécaniques. Passé

cela, nous pourrions dire qu'un r$bot de cinquième génération est quelque chose que personne n'a encore conçu

...t71.

f.9 Conclusion

La

robotique est un _{frès lbon} exemple de domaine

pluridisciplinaire

qui

implique

de

nombreuses thématiques

telle$

que

la

mécanique,

la

mécatronique,

l'éleefionique,

I' automatique, I " informatique et

f

intelligence artifi cielle.

Au

cours

de

ce

chapitrel nous avons

domé

une

vue

générale

sur les

robots

et

des

notions de base de la robotique qpl seront utiles pour les

chapifes

suivants.

ru-t

Chapitre

II

Conception

mécan

ue

ert

réaliqation électronique

du

robot

tr.l

lntroduction

Ce

chapite

est divisé en conception mécanique de notre etapes

par

lesquelles nous consacrée

à la

conception

de différentes cartes électoniques

sections. Nous présenterons, dans la première section, la

qui

englobera la structure générale du robot et toutes les

rons

passer

pour

sa

réalisation.

La

deuxième section sera

la

partie

électronique

du

robot

où

nous

présenterons les

II.2

Conception

de

la structu

mécanique

du

ro,bol;

Le

design

qus

nous a coûteux.

La

conception mécani

deux

rouiements

pour

les mouvement des motews aux courant continu dorté des

ont

été

conçus

en

utilisant

<SolidWorks>

et rcnt été asse

La

structure du robot

et

Aluminium),

ce qui permet les motews étroitement

Avant de

çommencer eommenoé par

la

conception d

proposé p'crur

le

robot mobile

est

simple, léger,

et

peu est constituée cl'une plateforme avec un supporte

muni

de

deux

pignrons

fixés

à

deur

tiges pour

transformer

le

de deux roures motrices chacune entraînée par un moteur à

optiques et une roue

folle.

Le corps, le support et les roues

logiciel de

conception

assislée

par

ordinateur (CAO)

manuellenrent.

ile est construite avec des matières solides et légères

(Acier

diminuer le prcids global du robot et de maintenir les roues et

réalisation

,rles

_differentes

pièoes

du

robot, nous

avons modèle de notre prototype avec

le

logiciel

<

SolidWorks

>>

qui permet de conr:evoir des obj en trois dirnensions et de les visualiser sous forme réaliste. La skucture mécanique du est montrée sur la figure

(II.1).

FjLgure

II.l

: tecture générale du robot sous JalidFfarlcs,

IL2.f

La

plateforme

La

plateforme

est une

sur laquelle

sont disposés

les

éléments

de notre

robot forme adaptée pour notre application, mobile.

elle doit

être solide et

comme indiqué sur la figure

(IL

Il.2

:

Design de la plateforme.

IL2.2

Les roues motrices et es

folle

Généralemerrt,

les

roues

le

moyen

le

plus

utilisé

pour

la

loeomotion des robots

mobiles. Dans notre

proJet,

types

de

rr:rues

ont

été utilisé

(figure

IL4)

:

deux

roues motrices en caoutc'houc pour ass le mouverrrent du robot et une roue

folle

qui aide le robot

à se stabiliser durant les di mouvements possibles. Notons que le

choix

des roues est

important,

la

rour;

motrice

du

robot

doit

ê1re

en

rnatière

de

caoutchouc

pour éviter

le

ent.

glissement et la perte du

II.4:

Roue motrice et roue

folle

utilisées.

tr.2.3

Fixation

et rmontage des motrices

Pour ce

qui

est de la ission

du

rnouLvement entre les moteurs

et

les roues, un

système de transmission à base

des pignons solidaires à I'arbre

chacune à une rour:. Une photo

figure

(If.5).

'engrenage a é:té rnis au

point

(roue denté, pignons).

Il

s'agit

moteurs et des; pignons fixées à des tiges

qui

sont fixées mécanisme cles roues motrices finalisée est présentée sur la

Figure

II.5

du mécanisrne des roues motrices finalisée.

II.2.4 Entrainement

des roues

Aujourd'hrni

dans le

de

la

robctique:,

on trouve trois

principaux types

de moteurs utilisés pour assurer la

ilité

des robots.

A.2.4.L Les moterurs à

courant eontinu

(MCC)

Ils

sont

tres

simples à

re

tourner car

il

su{fit

de

leur

appliquer une tension

et,

en

théorie

leur

vitessre de rotation moteur étant quatrLt à elle

lié

au

rie

linéairement avec cette teûsion, I'intensité traversant le va prendre le mot,eur n'est Pas

couple que

doit

irnposer

le

moteur. Cependant la vitesse que

xe et va dépendre de beaucoup de facteurs.

Il

faut donc, pour

obtenir

un

positircnnement

is,

coupler ces

moteurs

avec

un

système d'encodeurs'

La

sont

livrés

avec

encodeur

optique monté

directement sur

plupart

des moteurs industri l'arbre

du

moteur, Ces e grande précision.

permettent _'de rléterminer

la

position du

moteur avec une

A,2.4.2 Les moteurs pas à pas

Légèrement

plus

com

à

mettre en fitouvement,

ils

sont composés de plusieurs phases

qu'il faut

alimenter ivement

pour

le

faire

tourner. L'avantage est

qu'il n'y

a théoriquement

pai

besoin de asservir, par contre itrs possèdent généralement un rendement moins bon, et si on leur de de

fournir

unr ef{brt

trop

important peuvent "sauter des pas",

pas garanti. du coup leur posilionnement n'

IL2.4.3

Les

moteurs

sans

bala

(ou

moteur

Brushless)

Beaucoup

plus

comple

à

mettre

en

rmouvement,

ce sont

des moteurs

un

peu hybrides entre les pas à pas et I

phases,

qu'il

faut

alimenter en

moteurs à couralrt continu. Généralement,

ils

possèdent trois

rices

iL

i18 I

i-

_-

_*;t

Ces moteurs

ont un

bon contre du

fait

de lerur

Généralement, on

methe en æuvre du

point

de

compromis entre siimplicité de

solution pour laqu,elle nous

II.2.5 Fixation

des moteurs

sui

la

Nous

avorrs construit

t

et un

excellent rapport

puissance/encombrement. Par ue,

ils

sont assez complexes à mettre en mouvement.

employer des moteurs pas à pas, car beaucoup plus facile à informatique.

Le

moteur

MCC

reste., quant à

lui,

le

meilleur

ise en æuvre et

efficacité

en termes dc vitesse, Ç'est donc la

opté dans la réalisation du robot. base

du robot via un support

support

pour fixer les

moteurs

sur

la

base

avec

des

La Figure

(II.6)

montre

du support des moteurs réalisé. moteurri fixés sur le châssis du robot. dimensions bien déterminées

(l'

lage s'est

fait

manuellement)

le support des motieurs qu'on a

Figure

II.6

: réelle

La figure

(IL7)

illustre une réelle des

Irisure

IL7

:

11.2,6

Réducteur

de vitesse

Le réducteur de vitesse d'entrée et I'axe de sortie d'un

réelle des moteurs fixée sur le chfissis.

de

modifier

lÊ rapport de vitesse et le couple entre I'axe

sme.

.i

1A

Dans la réalisation de

d'un

système

de

conversion

robot

la liaison enûe le moteur et la roue est faite à I'aide mouvement

par

engrenage

type

pignons.

La

figure (II.8)

montre le réducteur

utilise

sur

robot:

II.8:

Réducteur de vitesse utilisé.

If.3

Conception

et

_{réalisation $lectronique du}

robot

n3.1

Architecture

électroniqu]e générale de commande

L'architecture él pour laquelle nous avons opté pour le conffôle du robot, se compose

d'une

carte

de

ande construite

autour de

trois

microconffôleurs

en

tant

qu'unité principale

de

trai

munie

d'un

module d'aff,chage,

des étages de puissance

robot,

une carte

d'alimentation

et une télécommande. Le

assurant

l'énergie

aux moteurs

schéma de

la

figure

(II.9)

une

vue

globale de

l'architecture

et explique comment les consignes

de navigation

sont

câble

USB

ou par RF) vers le

d'un

ordinatew

(via la

télécommande

utilisant

le

est I'interface permettant le

mobile, en passant par le système de communication qui

de la commande vers le robot.

---1

izoi

Figure

II.9

: U vue détaillée sur l'ensemble du svstème de contrôle. Les differentes cartes électroni (chacune de ces

partir

d'un

cahier des charges

-

Carte

d'alimenlation

Carte de commande à base

Deux cartes de puissance

au préalable) que

cartes va être déveioppée séparément à

nous allons réaliser sont :

trois microcontrôleurs PIC I 8F2550 et PIC I 8F45 50.

commander les deux moteurs. Une carte pour la 1

IL3.2

Circuits

électroniques

il..3.2,l Alimentation

Le robot est autonome,

il

l'utilisation

d'une batterie de 12

alors sur batterie. Pour cela, nous avons opté pour

/4Ah qui

alimente les cartes de puissance des moteurs et la

partie contrôle

du

robot.

En

I'alimentation

des différentes composantes

du

robot

est assurée

par une

carte

d'ali

ion,

qui

à

partir

de

la

tension

l2V

de

la

batterie

foumie

plusiews tensions continuent de ie

(lZY,5V

et 3.3V). Le niveau de tension de

l2Y

requis par les moteurs (alimentant les

Un régulateur de tension sert à

en

H)

est obtenu directement à partir de batterie de

lZY.

sser le niveau de tension à

5V

afin d'assurer

I'alimcntation

i""-*-_l t.'1

de la partie numérique du : carte de commande, le module d'alTichage et les encodeurs optiques.

Il

s'agit d'un

régu

tension variable.

de tension par découpage permettant

d'obtenir

une sortie de

n3.2.2

Carte

de commande

La

carte de commande base de

trois

microcontrôleurs

même I'adapter pour

qu'elle

de la carte est présente sur la

SlFuf

Figure

II.10

Un

PIC18F4550 (Maitre

Ce

microcontrôleur

communiq d'asservir en vitesse les deux

le

cerveau

principal du robot.

Cette carte est construite à

type

PICl8F,

avec

I'USB

intégré dans ces

PICs on

peut une carte d'interface sur port

USB. Le

schéma électronique

(r.10).

$c.'fç

m

#F*

+f

conslgnes en vltesse alrx et aussi avec un ordinateur utilisant le port USB. La carte de

commande

dispose aussi

des spécialement

conçus

pour

I'ajout

des

autres

periphériques

tels

qu'un

LCD,

des

LEDs, les

capteurs

ultrasons,

les

codeurs

optiques,

un

circuit

emetterJr module de la réception RF est

433WIz

et un

circuit

récepteur RF'

433MHz. En

effst,

le

: Schéma électronique de la carte de commande.

SPI)

agit

comme gestionnaire des comportements

du

robot.

avec

deux

autres

PICs

esclaves

PICI8F2550

(charges urs du robot)

via

la communication ,SPI pour transferer les

ngnail

_*H

r-

i

Ët

_{t___v}

||"IF

ll rË

ll I a

r{t*

tI

FH

tI '

ll

+*

t{l

'.*^

K

ffiHfl

des ordres reçus

et

elle

notre robot mobile.

Lorsque

nous

signaux de sortie, car même s'il

codeurs optiques des moteurs résistances

de

pull-up.

Ensui

trtgger

de Schmifr

(il

permet

purs) permettant

ainsi la

mise

En

ce

qui

concerne la

connecteurs

ICSP

permettant programmateur PICkit2.

que nous

avons

utilisés

(PIC

architecture interne, nous allons

également

en

charge

les

capteurs ultrasons

qui

équiperont

des codeurs optiques,

il

est

essentiel

de

conditionner

les peuvent sembler numériques,

ils

ne le sont pas. Pour cela, les connectés à la carte de commande par l'intermédiaire de

ils

sont

filtrés

par

un

filtre

passe bas

puis

passent

par

un

transformer

les

signaux analogiques

en niveaux

logiques formCI des signaux des codeurs

pour avoir

finalement des

signaux carrés

filtrés,

comme

l'i

lustre la figure (II. I

l).

FigureII.ll

:Conditi

ment des signarx des codeurs optiques des moteurs.

progrflnmer

de

la

carta,

nous avons

_{prévu pour ça}

03

les

PIC

directement

sur

la

carte

utilisant

le

Dans ce

qui

suit, nous al decrire brièvement quelques notions des microcontrôleurs 18F4550

et

18F2550).

Comme

ils

ont

presque

la

même

illée seulement I'architecture du PIC I 8F45 50.

W,.3.2.2.1

Choix

d u

microcon

r:

_nrourquoi le PIC18F4550 ?

Le

choix

d'un

est

primordial

car

il

dépend largement

de

la

performance, de la

taille,

de la

ilité

d'utilisation et du

prix

de I'assemblage.

Vu

la nature et les contraintes temporelles

i

par

les tâches

à

effectuer

(la

communication

USB qui

...),

le

microcontrôleur

doit

avoir

un périphérique USB

necessite une fréquence de

qui est disponible dans certaine leurs PIC18F.

Les PIC18 sont

le

impressionnantes :

de

gamme

de Microchip

et ils

offrent

des

possibilités

Une unité arithmétique et remaniée avec

multiplication

câblée, a

a

+S _\lDc

a a a

Une architecture dédiée pour

o Plus de

RAM

et de

FLASH

microcontrôleur

ofire

des

élevée

et

une

mémoire

améliorations

de

conception

applications haute performance

figure suivante montre les

ffifr$pc#Ëe

RÂtrÂ}{* RAlf*itT RÂ*ltÈ-gllU'ffir-*Vær *A3tÀl'l3lVn*r+ RÂd'iTæK&mlStJT'-ffiV fr

Aslâil*ffiâ{wtl*f'tçaûur

RËûÉâ.I{5ffiK1$FP fiËliÆs&t€sFP REsÉÀil7fiËSW lJBC Vsc

ûscllcl.t(l

ûWCLKûffiIfi

Ëc{rrïlûgûjTTsi{t Ecrrrrtsfu{x}Fatr}frtË RçâffiP1IPIâ VLrËÊ ffftfrsFpÊ

*{irtsppl

a programmation en langage

C

: que les 16F

o Des instructions

ASM (

bleur) en plus qui _{permettent, par exemple, une gestion de} pile

logicielle

qui est impossi le à gérer sur

lcs

[6F,

Une pile hardware plus im

De plus, certains

PICl8

sont Certains d'entre eux ont des

patibles broche à broche avec les PIC16 correspondants, iphériques spécifiques

(CAN,

USB, etc.)

Dans cette catégorie,

choix

s'est porté sur

le

microcontrôleur PIC18F455t). Ce

de calcul

élevées

avec

une

capacité d'endurance

flash

optimisée.

En

plus,

cs PIC

introduit

des

faire de

ce

microcontrôleur

le

choix idéal pour

des

me

le

contrôle

et

la

commande

d'un

robot

mobile. La

de ce PIC : +---r"

ffBïl(Ê*tPt$

æ

*gû*{FHFæ

+*-r

*ætË$Truâi; .r---* ffi4ifl!*"t Tâ(B&ffi$PP

*--*"i

&,'Â||tsffiâ{ili'rc

**-->

*&lÆWlllïzilflrii0

{-..+

ffi1{Al'f r ûl$rlïx

€ffirStL

{F-F

ffitrÂt{Te*hfT#l-T*gtjssÂ

+*Tæ

*VSS

n*ffiFz,rFltr

{...} fitÊEpF$jPls

ffwstr5rpr8

*r"

frû*SFFI

.r*-*

RÛ?ï$$ûTI$Dô

{G--'}

fiCÊSTïsl{ '3----.F Êç*ïl.rJ!ÉF

{..--.*

Rtug'B-ACLa

il...*-

fiftl5FP3

"r...r. Êt?ë5PPÊ

liigure

Il.l2:

du microcontrôleur PIC I 8F4550.

L'architecture inteme du PIC1 550 est illustrée par la fïgure ci-dessous :

f'---.---t

i24i

l I./ s 1 â A s v a $ 'tg l1 12

l3

f{

15 16 T7 1$ 1S 3Ê j|.* 3â

3t

&t 3Ë s5 34 33 3â 31 3û, ?9 *8 s? Ëô Ê5 â4 a3 æ. â'T

|I)('

|fl

_rt

In S)

rt

qf lÂ.

fi.

fifi

(,rJ

o.

o-RÀ#Ânffi RÀrtÂfi1 RÂ3lÀttl3l!4çr.Jt\ker R*3'AI{TÂ&Ef+ RAdfi$ct{fclûrTlRcv nesâ|*dffi[{-rrffi'teq-rr oËc?reu(gRÀô ffiÂil1ztS{TûnmCOgSûÂ RËltAr{ 10âà{Tltsclçffir R8?IAtrl&l}{T?JVIæ RÊ3fÂfrtsfficdswPr] fr3#À!{1rr€s R8$/fr8lftFËnil æ#x3tâtPgc ffiilr€t3dFÊe ffiç1fl} 0sczry T1*St TlSSS

Sffitt

YrÊ.\&É 1*"ê RCf,dTrût#Trffi(l

rcr|T10ftçcP?t{iiffi

ærewl

ÊçdJs.iru Fç#SôJVP m$in6€F

ffiïtf;r\rsTiss

ffi*mrnmfl!

H$r*fui

St*

<ltl.

Figure IL 13 : Architecture interne du PIC18F4550.

i*-**^t

i2si

Les caractéristiques principales

PIC

_{18F4550 sont récapitulées dans le tableau suivanr} :

Tableau

ILI

: ques principales du

PIC

18F4550.

n3.2.2.2

Bloc

doaffichage

(

Un

afficheur

LCD

(Liq

tal Display) ou en

Français

(afficheurs

_à

cristaux liquides) est un module com

intelligent

et nécessite peu de composants externes pour un

isés pour afficher l'état

ou

les paramètres dans les systèmes

bon fonctionnement.

Ils

sont

uti

embarqués. Le

LCD

dispose de regishes internes, le regisfte de données permettant

l'envoi

des

codes

des

caractères à

cher,

le

registre

de

commande permettant

d'envoyer

des

commandes d'effacement de l" de positionnement du curseur, etc., et

le

registre d'état qui permet de consulter la disponibilité du

LCD

pour recevoir des commandes ou

des données (figure IL 14).

La

sé ion de

I'un

ou I'autre de ces registres est effecfuée

via

les états,

LOW

ou

HIGH,

des lignes

placé à

HIGH, la

donnée

ou

la LOW.

et RW. Une

fois

l"état de ces deux lisnes établies.

EN

est ande est placée sur les lignes

D*

puis

EN

est placé â

Vt*d Ë

Ffw

Rç

t0*

Dr Vec

Çcr*rSç

àt*$*

re de programme I-AIE/USART, I-MSSP(SPt/l2c) 1 CCP, 1 ECCP tsrsrËleur

LCt

Figure

II.14

Schéma fonctionnel

d'un

afficheur t,CD.

du

LCD utilisé

:

La figure

(II.15)

montre la

Figure

II

15 : Photo de

I'afficher.r LCD

utilisé.

Les connexions de

l'affi

LCD

sont présentées dans le tablcau ci-dcssous :

Fonction

en la faisant varier entre 0 et

*5v,

le réglage du tre grâce à cette broche, I'affrchage est capable de faire

une commande et une donnée. Un niveau bas indique

et un niveau haut indique une donnée.

doit être mai

) active sur front descendant. Le niveau haut

ue pendant au moins 450 ns à

l'état

haut.

Bit 0 de la donnée/commande : Bit 7 de la donnée/commande de rétro éclairage

(+5v)

i;a

i_,-

r

de rétro éclairage (masse)

II.2

: Brochage du LCD.

If3.2.3

Cartes de puissance

Deux cartes à base de

fournir

aux moteurs (par une de la carte mère.

en

fiI

ont été realisées permetùant de contrôler la tension à

PWM)

ainsi que

le

sens de rotation selon les ordres

Le

rapport cyclique du gnal

PWM

cst

défini

par un nombre allant de

0

à 255. Cela

signifie

qu'à

0,

le

signal de

ie

sera

nul et

à255,le

signal de sortie sera à

l'état

HAUT.

Toutes les valeurs comprises ces deux valeurs extrêmes donneront un rapport cyclique

plus ou moins

grand. Dans

généré par le contrôleur de

vi

cas,

le

moteur tourne selon

la valew

du

rapport cyclique

implémenté au niveau de chaque PICI8F2550.

tr

3.2.3.1 Pont en

H

Afin

de contrôler un à cowant continu dans les deux sens, nous avons besoin

de

4

commutateurs électroniq

d'une diode de roue libre pour

de

puissançe montés

en deux

demi-points, chacun muni

pêcher les surtensions dues à la charge inductive du moteur.

La

commande du se

fait

par I'intermédiaire

des transistors

T1

àT4,

tout

en

moteur à partir du rapport cyclique du signal qui attaque ces

nte le schéma

d'un

pont en H. contrôlant la vitesse et le sens d

transistors. La figure

(II.16)

pré

i-*-

13

l---"

14

Figure

II.16

: Pont en H.

Le

fonctionnement

de

base

du

pont en

H

est

relativement

simple,

il

permet

d'alimenter le moteur dans un

sens de rotation.

ou dans I'autre, rendant ainsi possible son changement de

En

effet. si T2

et T3 isent, la borne moins du moteur sera connectée à la masse

et

la

borne plus à

la

tension

d'

rotation normal. Si maintenant

imentation faisant ainsi tourner

le

moteur dans son sens de sont T1 et T4 qui conduisent, la borne moins du moteur sera

ion et la

bome

plus à la

masse

làisant alors tourner

le

t---l

l28i

',F connectée

à la

tension

d'ali