Mise en oeuvre de la partie perception d'un robot

1.3 Le cahier des charges 

Cette année, les participants devaient concevoir puis réaliser un robot, conforme au règlement, apte à participer aux matchs dont le thème cette année est le « Funny Golf ». Le principe est simple : deux équipes, une rouge et une bleue, s'affrontent sur l'aire de jeu représenté par la figure 1.2. la durée du matche est de 90 secondes, le but de chacune d'elles est de déposer le plus de balles blanches (dont les dimensions sont celles d'une balle de ping-pong) dans les trous de sa couleur c'est-à-dire l'équipe qui mettra le plus de balles blanches dans les trous de sa couleur sera le vainqueur. Le robot peut également placer des balles noires dans les tous aux couleurs de l'adversaire de manière à l'empêcher de marquer des points. En plus des balles disposées au départ sur l'aire de jeu, il sera également possible d'activer des éjecteurs de balles supplémentaires en cours de partie par contact avec des totems disposés sur la table.

Figure 1.2 : Représentation de l'aire du jeu.

1.3.1 L'aire de jeu 

L'aire de jeu est rectangulaire et mesure 2,10 m de large sur 3,00 m de long. Elle est peinte en vert. Deux lignes noires de 0.5 cm de large sont peintes à 105 cm des bordures les plus petites (ces lignes passent par le milieu de l'une des positions possibles pour les totems). L'aire de jeu est composée de :

· Un plateau rectangulaire peint en vert avec deux lignes noires qui divisent l'aire de jeu en trois parties.

· 28 trous. Chaque trou est entouré d'un cercle bleu ou rouge.

· 31 balles blanches: 15 sur l'aire de jeu, et 4 dans chaque mécanisme d'éjection des balles. 11 des 15 balles blanches situées sur l'aire de jeu sont placées à des endroits prédéterminés. Les 4 autres sont positionnées aléatoirement.

· 10 balles noires: 6 sur l'aire de jeu (2 sur la ligne médiane et 4 disposées aléatoirement dans des trous - 2 par côté - au début de la partie) et une dans chaque mécanisme d'éjection des balles.

· 4 totems sont positionnés aléatoirement au début de la partie, avec une symétrie centrale. (voir le schéma pour voir les différentes positions possibles.)

· 4 systèmes d'éjection des balles (contenant 4 balles blanches et 1 balle noire), un dans chaque coin du terrain. Chaque totem est relié au système d'éjection de balle situé à l'opposé de l'aire de jeu (symétrie centrale).

Totem Trou Balles noires

Balles blanches Système d'éjection des balles

Figure 1.3 : Disposition des éléments de l'aire du jeu.

1.3.1.1 Les totems

Quatre totems sont présents sur l'aire de jeu. Ce sont des cylindres de 52 mm de diamètre et de 147 mm de hauteur. Ils sont fabriqués en plastique (PVC). Le haut des totems est fermé. Pour activer un totem, un robot doit créer un contact électrique entre les 2 anneaux métalliques du totem. Les totems ne sont pas dédiés à l'un des robots : chaque robot peut activer les 4 totems. Au début de la partie, les totems sont disposés aléatoirement sur l'aire de jeu. Chaque totem est lié au mécanisme d'éjection de balle situé à son opposé sur l'aire de jeu (selon une symétrie centrale).

Figure 1.4 : Structure d'un totem.

1.3.1.2 Système d'éjection de balles

A chaque coin de l'aire de jeu, il y a un système de libération des balles. Au début de la partie, chaque système d'éjection de balle contient cinq balles : quatre blanches et noire, dans l'ordre représenté par la figure ci-dessous.

Figure 1.5 : Disposition des balles dans l'éjecteur.

1.3.2 Robots 

Le cahier des charges contient de longues conditions concernant les robots, dans ce qui suit nous avons essayé de résumer l'essentiel de cette partie.

1.3.2.1 Equipements obligatoires 

Les robots doivent obligatoirement comporter :

· Un dispositif de démarrage situé sur le robot et d'accès facile, déclenché par un cordon d'une longueur minimale de 500 mm actionnant le système. Ce cordon ne doit pas rester sur le robot après le départ. Tout autre système (télécommande, interrupteur...) ne pourra pas être homologué.

· Un interrupteur d'arrêt à pression ("coup de poing") doit être installé dans les limites des dimensions de chaque robot. Cet interrupteur doit être mis en valeur par un signe distinctif rouge d'au moins 20 mm de diamètre ; il doit être placé en évidence sur une zone non dangereuse et d'accès immédiat et vertical pour l'arbitre à tout moment du match. Cet interrupteur est un arrêt d'urgence de la puissance moteur et des actionneurs.

· Les robots doivent comporter une minuterie de façon à s'immobiliser ou à être hors service à la fin du temps de match de 90 secondes.

1.3.2.2 Contraintes spatio-temporelles 

Les équipes sont autorisées à prévoir un déploiement pour leur robot. Dans ce cas, il doit avoir lieu après le signal du départ. On définit le périmètre d'un robot comme étant le périmètre de l'enveloppe convexe englobant sa projection verticale (voir schéma ci-dessous).

· Le périmètre de l'ensemble du robot ne doit pas excéder 120 cm au moment du départ.

· Le périmètre du robot totalement déployé ne doit pas excéder 140 cm au cours du match.

· La hauteur du robot déployé ne doit pas dépasser 30 cm.

a : Non déployé. b : Déployé.

Figure 1.6 : Exemple de périmètre.

1.3.2.3 Sources d'énergie

Toutes les sources d'énergie sont autorisées (ressorts, air comprimé, piles ou batteries...) à l'exception de celles utilisant des produits corrosifs ou pyrotechniques. En ce qui concerne les batteries, il est demandé d'utiliser exclusivement des modèles solides afin d'éviter les problèmes liés aux écoulements d'acide.

1.3.2.4 Système de contrôle

Les équipes ont le choix des systèmes de contrôle du robot (analogique, microprocesseur, microcontrôleur, ordinateur, automate programmable...). Ces systèmes doivent être intégrés dans le robot.

1.3.3 Déroulement du match et décompte des points

Une couleur (rouge ou bleu) et un côté de l'aire de jeu sont attribué à chaque équipe avant chaque match. L'équipe place son robot non déployé à l'intérieur de la zone de départ de façon à ce que le robot soit en contact avec le bord de l'aire de jeu peint dans la couleur qu'il arbore (rouge ou bleu : rouge pour le robot portant la couleur rouge et bleu pour le robot portant la couleur bleue). Le robot ne doit pas contenir de balles avant le début du jeu sous peine de disqualification de l'équipe.

Deux personnes par équipe sont autorisées à accéder à l'aire de jeu pour mettre en place le robot. Les équipes disposent de trois minutes pour placer leur robot sur leur emplacement de départ. Une fois le robot en place, plus aucune intervention ni communication d'information extérieure ne sont autorisées. Quand les deux équipes sont prêtes, l'arbitre tire au sort les positions des totems et les dispose sur l'aire de jeu. Il place ensuite les deux balles blanches, sur les deux emplacements libres. Puis, l'arbitre tire au sort la position des 2 balles noires, les places et place les 2 autres par symétrie centrale. Pendant cette procédure, les équipes n'ont plus le droit de toucher leur robot.

1.3.3.1 Le décompte des points

Le décompte des points se fait à l'issue du match. Et chaque balle blanche qui se trouve dans un trou de couleur donne un point à l'équipe arborant cette couleur. Les balles noires et les balles blanches qui entreraient dans des trous après la fin du match ne donnent pas de points.

1.3.3.2 Les pénalités 

Une pénalité consiste à enlever un point au score final de l'équipe, à la fin d'un match. Tout robot dont les actions sont incompatibles avec le règlement peut être pénalisé par l'arbitre. Les arbitres donneront une pénalité, par exemple, dans les cas suivants :

· un robot heurtant violemment un robot adverse.

· un robot considéré dangereux vis à vis de la table et/ou du robot adverse.

· un robot dont la stratégie consiste à empêcher le robot de l'équipe adverse d'accéder aux éléments du jeu.

· Un robot dont la minuterie ne fonctionne pas.

1.3.3.3 Les forfaits 

Le forfait d'une équipe au cours d'un match entraîne la perte de tous les points acquis lors de ce match. L'équipe adverse continue le match seul et marque ses points. Sera déclarée forfait une équipe :

· qui ne s'est pas présentée à temps sur les tables d'attente (en arrière-scène).

· qui met plus de 3 minutes à être opérationnelle sur l'aire de jeu.

· dont le robot n'a pas entièrement passé la ligne noire la plus proche.

1.4 Présentation de la stratégie du jeu adoptée

Le robot vainqueur est celui qui marque le maximum de points, en d'autre termes, le robot est désigné vainqueur s'il arrive à mettre un nombre de balles blanche dans les trous de sa couleur qui se trouvent à l'autre coté de l'aire du jeu, supérieur au nombre de balles blanche marquées par le robot adversaire.

Avant de se lancer dans la conception du robot mobile, nous nous somme intéressés en premier lieu à la mise en oeuvre d'une stratégie qui permet de marquer le maximum de points. Notre stratégie du jeu a été l'objet de plusieurs modifications causées par :

· le manque de composants ;

· les prix élevés des composants existants et des outils de construction mécanique ;

· la contrainte du temps et les difficultés techniques ...etc.

Au départ, nous avions remarqué que les trous de l'aire du jeu sont distribuées sous forme circulaire (voire annexe), et que les quinze balles posées sur l'aire de jeu sont divisées en deux type :

· Les balles fixes : qui représentent la majorité des balles présentes sur la table. Onze des quinze balles fixes sont blanches, les autres sont de couleur noire. Toutes ces balles ont des positions bien déterminées par le cahier des charges.

· Les balles non fixes : qui sont quatre balles posées aléatoirement

Nous avons donc fixé les tâches que peut effectuer notre robot mobile, à savoir:

- la première est offensive : le robot doit marquer le maximum de points, il doit être capable :

1. d'activer les totems qui serviront pour l'activation des éjecteurs de balles;

2. de ramasser les balles ;

3. de poser les balles dans les trous se trouvant de l'autre coté de la table.

- la deuxième est défensive : le robot doit être capable d'extraire des balles de leurs trous. Cela est nécessaire dans deux cas de figures :

1. pour retirer une balle marquée par erreur par le robot lui même dans le mauvais trou ;

2. enlever des points à l'adversaire, en retirant les balles qu'il a marquées.

Pour parvenir à réaliser ces taches nous avons envisagé une stratégie qui, comme nous l'avons déjà dit, à subit plusieurs modifications.

Stratégie n°1 : le robot devait suivre une trajectoire bien déterminée comme le montre la figure 1.7, cela lui aurait permit de ramasser plus de quatre balles, avant de rejoindre la zone de l'adversaire. Le robot devait être capable d'éviter les obstacles après leur détection. Nous avons renoncé à cette stratégie, car après plusieurs essaies nous avons conclu que ses résultats étaient hasardeux.

Figure 1.7 : trajectoire de la stratégie n°1.

Stratégie n°2 :

Dans cette stratégie nous avons gardé la poursuite de la trajectoire jusqu'à ce que le robot atteigne la zone de l'adversaire, à partir de ce moment, le robot doit trouver les trous en fonction de leur couleur au lieu de leurs positions qui étaient préprogrammées dans la première stratégie.

Quand un trou est détecté, le robot doit réajuster sa position en tournant à gauche ou à droite pour positionner le trou au centre du robot. De cette façon ce trou se trouvera juste en dessous du trou du réservoir de balles. Suivant la couleur de ce trou le système d'aspiration ou d'éjection est activé.

Figure 1.8 : trajectoire de la stratégie n°2.

La structure de notre robot a été modifiée plusieurs fois à cause de la difficulté de la mise en oeuvre des stratégies précédentes tout respectant le cahier des charges. Et peu a peu nous somme arrivé à la structure finale de notre robot qui est obéissante au règlements et qui peut exécuter les tâches suivantes :

· Le robot marche sur l'air de jeu sans glissement, il est bien positionné sur la table et ne provoque pas de vibrations qui peuvent perturber le fonctionnement des organes de perceptions, cela à conduit à l'utilisation d'un système de chenilles, qui en plus de ça facilite le déplacement du robot sur l'aire du jeu sans buter dans les trous.

Figure 1.9 : Système de courroie utilisée.

· Le robot peut ramasser les balles à l'aide d'un système de ramassage. Ce système de ramassage a été construit à base d'un morceau d'aluminium, trois lames en plastique transparent, un servomoteur que nous avons modifié. Les balles ramassées sont mises dans un réservoir à bord du robot.

Figure 1.10 : le système de ramassage.

Réservoir

Système de ramassage

Figure 1.11 : Disposition du système de ramassage et du réservoir.

· Le robot peut activer les éjecteurs de balles en provoquant un contacte au niveau des totems, pour cela nous avons utilisé une plaque de plastique recouverte par une feuille d'aluminium qui assure le contacte. Une fois le contacte provoqué, le robot recule et part chercher d'autres cibles. La détection des objets (obstacles) est assurée par des microswichs placés derrière la plaquette à l'avant du robot.

· Notre robot est capable de faire la différence entre nos trous et les trous de l'adversaire, cela est possible en différenciant la couleur des anneaux entourant les trous. Cela est utile pour la prise de décision concernant l'éjection ou l'aspiration.

· Le robot est doté d'un système d'aspiration des balles qui est destiné pour la défense en premier lieu. il est constitué d'une pyramide en plastique coupée à l'angle et d'un moteur à courant continue et une hélice récupérée à partir d'un sèche cheveux. Ce système est activé et désactivé en fonctions des informations délivrées par les capteurs de couleur.

Moteur

Balles aspirées

Hélice

Figure 1.12 : Le système d'aspiration de balles.

Le robot peut aussi détecter les obstacles, cela lui permet d'éviter la bordure de l'air de jeu et le robot adverse, d'éviter les totems dans les stratégies ne nécessitant pas l'activation des éjecteurs de balles. Ce système se compose d'un capteur ultrason et de deux boutons poussoirs qui sont placées à l'avant du robot (fixées avec le pare-chocs).

1.5 Présentation générale de robot mobile :

La figure 1.18 représente la structure générale de notre robot mobile, qui a été conçu suivant la stratégie adoptée et précédemment expliquée.

Détecteurs d'obstacles

Gestion des taches

Système de ramassage des balles

Système de locomotion

Système d'aspiration

Système de détection de couleurs

Système d'activation des éjecteurs des balles

Figure 1.13 : Structure générale du robot mobile

1.6 Conclusion 

Pour exécuter une tâche donnée un robot mobile autonome a besoin d'informations décrivant son environnement. A la lumière de ces informations, il peut décider à chaque instant, de la suite de fonctions qu'il doit exécuter pour le bon accomplissement de la tâche globale.

Dans notre cas, le robot joueur de golf doit détecter les obstacles, détecter les couleurs et connaître la distance parcourue au début du match pour passer dans la zone de l'adversaire, cela sous entend la mise en oeuvre d'une partie perception fiable car d'elle, de la précision des informations qu'elle fournie que dépend le comportement globale de notre robot mobile.