Robot mobile avec suivi visuel de ligne

Chapitre N°III : Réalisation pratique.

III.1. INTRODUCTION .. 41

III.2. LA MÉCANIQUE .. 41

III.2.1. Le châssis 41

III.2.2. Principe de fonctionnement . 41

III.2.3. Structure du système 41

III.3. L'ÉLECTRONIQUE .. 41

III.3.1. Alimentation 41

III.3.2. Commande des moteurs CC 42

III.3.2.1. Pont en H . 43

III.3.2.2. Réalisation de module de commande des moteurs à CC 45

III.3.3. Détection de la ligne 45

III.3.4. La carte Arduino Uno 45

III.3.4.1. Définition . 45

III.3.4.2 Entrées / Sorties 47

III.3.4.3 Communication 48

III.4. PROGRAMMATION . 48

III.4.1 Python .. 48

III.4.1.1. Définition . 48

III.4.1.2. Caractéristique du langage de programmation (python) .49

III.4.1.3. Open CV .. 50

III.4.1.3.1. Fonctionnalités d'Open CV 50

III. 4.2. L'interface graphique: 50

III.5. CONCLUSION 51

Conclusion générale et perspectives . 53

Bibliographie Annexe

INTRODUCTION GENERALE

Grace à un succès qui ne se dément pas, La robotique est une technologie moderne

et aujourd'hui la plupart sont automatisées à l'aide des robots. Merci à la haute technologie que la dépendance sur des êtres humains a été réduite dans une large mesure.

Un des grands avantages de l'automatisation des procédures est la précision des résultats. La robotique est utilisée dans plusieurs industries comme l'automobile, la médecine, l'électroménager et plusieurs autres. Le plus complexe des machines peuvent être assemblées à l'aide de la robotique.

Les robots peuvent être fixes (bras manipulateur) ou mobiles (robot marcheur, robot à roues) selon l'application, les robots fixes sont généralement utilisés dans les usines, les hôpitaux, domaine agricole...etc. Cependant les robots mobiles sont généralement utilisés dans les environnements dangereux: nucléaires, militaires, déminage,...etc. Ce dernier type de robot est notre domaine d'intérêt dans ce mémoire.

Le suivi d'objets en robotique mobile est devenu une des tâches les plus utilisées, Notre Projet consiste a réalisé un robot mobile suiveur de ligne de couleur sombre sur un terrain de couleurs claire.

Notre mémoire est organisé comme suit:

Le premier chapitre présente des généralités sur les robots mobiles; Le deuxième chapitre est devisé en deux parties:

-La première concerne le traitement d'image numérique: historique, définitions et applications.

- La deuxième traite la navigation : les différents types de la navigation.

Le troisième chapitre décrit la réalisation pratique: la partie pratique mécanique, la partie électronique et les programmes développés.

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En fin, nous finissons notre mémoire par une conclusion qui présente le bilan de ce travail et les perspectives envisagées.

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Généralités sur les robots mobiles

I.1. Chapitre I : Généralités Sur Les Robots Mobiles

INTRODUCTION:

Loin des images des films de science fiction, montrant hommes et robots cohabitant harmonieusement dans des environnements complexes, la robotique c'est pendant longtemps limitée à ses applications industrielles, se contentant de remplacer l'homme dans l'exécution de taches simples et répétitives. Cette limitation venait notamment de l'impossibilité de créer des systèmes capables d'évoluer dans un environnement réel. En effet gérer l'extrême diversité des situations dans lesquels un robot peut se trouver est très difficile. Il est clairement impossible de prévoir tous les cas de figure pour préparer des comportements types en fonction des situations rencontrées. Il faut des lors que le robot soit a même de percevoir son environnement intelligemment pour apprendre et comprendre cet environnement en vu de planifier ses actions.

Loin d'avoir résolu totalement ce problème la robotique a cependant connu ces dernières années plusieurs victoires importantes qui ont conduit à de profonds changements. Qu'ils soient à pattes ou à roues, volant ou rampant, les robots sont désormais capables de se mouvoir dans des environnements aussi complexes que le sol martien ou un hall de musée avec très peu de supervision de la part de l'homme.

Dans ce chapitre nous avons présenté les différents types de robots mobiles, et des contraintes de terrain sur les qu'ils sont conçus pour évoluer, nous aborderons les contraintes principales liées à leur cinématique, et les solutions développées pour y remédier.

Enfin nous étudions les outils permettant aux robots de percevoir leur environnement et de s'y repérer. Etape primordiale nécessaire à l'autonomie totale des robots mobiles. Cet état de l'art offre une vision non exhaustive des thématiques de recherche associées au domaine de la robotique mobile, et présente l'ensemble des verrous scientifiques qu'il reste à lever pour aboutir au développement d'un robot autonome. Parmi ceux-ci, nous nous focalisons alors sur celui de la navigation d'un robot mobile. On en trouve ci-dessous un résumé d'analyses de quelques domaines particuliers ou Applications de la robotique.

I.2. DEFINITION:

I.2.1. Robot mobile: De manière générale, on regroupe sous l'appellation robots mobiles l'ensemble des robots à base mobile (Figure. I.1).

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Chapitre I: Généralités Sur Les Robots Mobiles

Figure. I.1 : Représentation d'un robot mobile.

Ces machines sont constituées d'un châssis, et d'un ensemble de roues, ayant comme fonction la stabilité et la mobilité du système (nous n'allons nous intéresser qu'aux robots mobiles à roues, en faisant abstraction des autres types de plateformes, comme les robots marcheurs, ou rampants). La particularité de ces robots est leur capacité à se mouvoir dans des environnements relativement grands (sans influer sur leur constitution), grâce à leur système de locomotion, c'est pour cela que nous allons dans ce qui suit évoquer les différents types de roues utilisées en robotique mobile [1].

I.3. APERÇU HISTORIQUE:

La robotique est passée par plusieurs générations comme suit, [2] :

y' 1947 : Premier manipulateur électrique - télé-opéré.

y' 1954 : Premier robot programmable.

y' 1961 : Utilisation d'un robot industriel, commercialisé par la société UNIMATION (USA), sur une chaine de montage de General Motors.

y' 1961 : Premier robot avec contrôle en effort.

y' 1963 : Utilisation de la vision pour commander un robot.

y' 1978 : Le robot ARGOS .Développé à l'Université Paul Sabatier de Toulouse (France).Le robot ARGOS simule la navigation d'un robot mobile équipé d'un système de vision au fur et à mesure de ses déplacements.

y' 1979 : le robot HILARE .les chercheurs de L.A.A.S. DE TOULOUSE (France) étudièrent la planification des trajectoires d'un robot mobile ponctuel, dans un environnement totalement connu.

y' 1981 : Le robot VESA. Ce robot, construit à l'I.N.S.A(France).de Rennes, est

équipée d'un arceau de sécurité pour réaliser la détection d'obstacles dans un environnement totalement inconnu.

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Chapitre I : Généralités Sur Les Robots Mobiles

1' 1984 : Le robot FLAKEY .Ce robot, conçu et construit au Stanford Research Institute et le reflet des améliorations apportées par 14 années de développement .Le robot FLAKEY est équipé de deux roues motrices avec encodeurs, mais sa vitesse maximale est de 66 cm /s au lieu de quelques centimètres par seconde .Ce robot est capable de naviguer dans des environnements réels.

1' 1993 : Les robots ERRATIC et PIONNER. Le robot ERRATIC à été conçu par Kurt Konolige, au Stanford Research Institue, comme un robot mobile de faible cout pour ses cours de robotique.

1' Les robots mobiles actuels : A présent la plupart des travaux de recherche portent sur les problèmes de perception. La planification de trajectoires, l'analyse et la modélisation de l'environnement de robot, appliqué sur des robots mobiles commerciaux .également la recherche actuelle sur la conception mécanique des robots mobiles pour des applications hautement spécialisées, comme l'exploration sous-marine, les robots volants et le micro robots [3].

I.4. LES EFFECTEURS:

Nous présentons ici les différents types de bases mobiles utilisées en robotique, en nous focalisant sur le milieu intérieur.

I.4.1. Les plates-formes différentielles : Une des configurations les plus utilisées pour les robots mobiles d'intérieur est la configuration différentielle, on va la utilisé dans notre projet qui comporte deux roues commandées indépendamment. Une ou plusieurs roues folles sont ajoutées à l'avant ou à l'arrière du robot pour assurer sa stabilité (Figure. I.2).

Cette plate-forme est très simple à commander, puisqu'il suffit de spécifier les vitesses des deux roues, et permet de plus au robot de tourner sur place. Cette possibilité permet de traiter le robot comme un robot holonome, c'est à dire un robot pouvant se déplacer dans toutes les directions depuis sa position courante (au contraire d'une voiture par exemple qui est non-holonome). Cette propriété simplifie énormément la planification de déplacement et la commande du robot.

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Chapitre I : Généralités Sur Les Robots Mobiles

Figure. I.2: Exemple de plate-forme différentielle.

· Ce type de plate-forme peut également être utilisé avec des chenilles ce qui fournit une capacité de franchissement de petits obstacles intéressante (Figure. I.3). Ces plates-formes peuvent ainsi être utilisées en milieu urbain, ou dans des décombres. L'utilisation de chenilles conduit cependant à une odométrie très bruitée à cause du contact mal défini entre les chenilles et le sol [1].

Figure. I.3: Urban Robot de la société iRobot.

I.4.2. Les plates-formes omnidirectionnelles:

Figure. I.4: Exemple de plate-forme omnidirectionnelle.

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Chapitre I : Généralités Sur Les Robots Mobiles

Les plates-formes omnidirectionnelles permettent de découpler de manière encore plus nette le contrôle de la rotation et de la translation d'un robot et en font une plateforme réellement holonome. Elles utilisent pour cela 3 ou quatre roues qui tournent à la même vitesse pour fournir une translation et un mécanisme qui permet d'orienter simultanément ces roues dans la direction du déplacement souhaitée (Figure. I.4).

Le corps du robot lui-même n'effectue pas de rotation mais uniquement des translations. Ce système permet un contrôle très simple et relativement rapide car les changement de direction ne concernent que les roues et peuvent donc se faire très vite. Par contre ces plates-formes sont relativement limitées en capacité de franchissement et requièrent un sol très plan [1].

I.4.3. Les plates-formes non holonomes : Des plates-formes non holonomes, de type voiturent, sont également utilisées en robotique mobile (Figure. I.5). Ces plates-formes sont toutefois plus difficiles à commander car elles ne peuvent pas tourner sur place et doivent manoeuvrer, ce qui peut être difficile dans des environnements encombrés. La commande de ces plates-formes pour réaliser un déplacement particulier est un problème à part entière [1].

Figure. I.5 : Exemple de plate-forme non holonome.

I.4.4. Les plates-formes à pattes : Des plates-formes à deux, quatre ou six pattes peuvent également être utilisées. Les plateformes à six pattes sont relativement pratiques car le robot est en équilibre permanent, ce qui facilite le contrôle. Les plates-formes à deux ou quatre pattes sont plus complexes à commander et le simple contrôle de la stabilité et d'une allure de marche correcte reste aujourd'hui difficile, ce qui les rend en général relativement lentes.

L'odométrie de ce type de plates-formes est de plus généralement de très faible qualité. Ces différents facteurs font que ces plates-formes sont rarement utilisées quand

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Chapitre I : Généralités Sur Les Robots Mobiles

l'application visée a un besoin précis de positionnement et de navigation. De telles plates-formes commencent cependant à apparaître à relativement grande échelle (par exemple le robot Aibo de Sony) et peuvent être utilisées en conjonction avec certaines méthodes de navigation précises [1].

I.5. LA MODELISATION D'UN ROBOT MOBILE: