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Robot Flash Loop - 2016-2017

Par Admin Leclerc, publié le mardi 19 décembre 2017 14:35 - Mis à jour le mardi 19 décembre 2017 14:35

Revue de projet

 

Durant notre année de troisième, nous avons eu pour défi de créer un robot héros et sauveur d'une ville. Nous avons choisi Flash Loop un robot capable d'être le plus rapide, le plus puissant et surtout de sauver les vies des habitants bloqués dans les tunnels de circulation de la ville futuriste où il intervient.

SOMMAIRE

I. Étape 1 : Appropriation du Cahier des charges

  I.1 - Les besoins

  I.2 - Le cahier des charges

  I.3 - Le planning d'organisation du travail

II. Étape 2 : Recherche des solutions

  II.1 - Un nuage de mots

  II.2 - Un thème

  II.3 - Un nom

  II.4 - Un logo

  II.5 - Une planche tendance

  II.6 - Des solutions possibles

  II.7 - Des solutions choisies et expliquées

  II.8 - Coût total du Robot

III. Étape 3 : Réalisation et tests

  III.1 - Un programme, un algorithme et une position pour les capteurs et une application

       III.1.1- Un algorithme

      III.1.2- Un premier programme

      III.1.3- Un deuxième programme testé

      III.1.4- Un troisième et dernier programme testé et validé

      III.1.5- Un dernier programme validé

      III.1.6- Une application

  III.2 - Un robot modélisé en 3D

  III.3 - La réalisation pièces par pièces de notre robot

      III.3.1 - Un moteur relié à un automate

      III.3.2 - Un châssis

      III.3.3 - Des roues

      III.3.4 - La roue folle

      III.3.5 - L'assemblage final de flash loop

  III.4 - Un robot en réalité augmentée

IV. Étape 4 : Préparation du concours

      IV.1 - La bande annonce

      IV.2 - Le stand 

I. Étape 1 : Appropriation du Cahier des Charges

I.1 - Les besoins

Le besoin est une nécessité d'un utilisateur. Nous devions réaliser cette configuration grâce à un logiciel nommé X-Mind. Cette configuration permet de formuler correctement le besoin. Le robot permet aux élèves de 3°4 d'être le plus rapide sur le circuit et d'acquérir des compétences.

I.2 - Le cahier des charges

Le cahier des charges est indispensable et aide à réaliser un objet technique. Il permet de voir toutes les fonctions techniques que doit réaliser l'objet. Il est représenté sous forme de carte mentale. Nous l'avons aussi réalisé sur le logiciel X-Mind. Ce document est très important pour nous durant tout notre travail car il va nous permettre de pointer l'avancée de nos recherches et actions.

I.3 - Le planning d'organisation du travail

Ce planning est un élément essentiel dans la conception de notre robot. Il permettra d'organiser notre travail de façon à ce que chaque personne du groupe ait du travail et contribue au développement du robot. Il permettra aussi d'avoir un travail régulier, constant et proportionnel de séances en séances hebdomadaires. Le but est de respecter au maximum les délais accordés pour chaque partie du projet.

 

II. Étape 2 : Recherche des solutions

II.1 - Un nuage de mots

Il est constitué de mots que nous avons chacun écrit secrètement et ensuite mis en commun pour créer un nuage de mots. Il permet de faire ressortir les éléments importants de notre robot. Il permet aussi de comprendre à quoi nous fait penser notre robot, notre point de vue puisque les mots les plus importants et communs apparaissent en gros caractère.

On peut voir que les mots les plus importants sont :

  1. Pouvoir
  2. Intelligent
  3. Rapide
  4. Bienveillant
  5. Super
  6. Original
  7. Tube
  8. Futuriste

C'est pour cela que ces mots sont très importants pour nous durant la réalisation de notre robot.

 

II.2 - Un thème

Le thème associé à notre robot est le thème des transports du futur. Nous nous sommes imaginé que notre robot évoluerait dans une ville des années 2120-2130 où les êtres humains se déplaceraient dans des tubes. Notre robot sauverait des vies en réparant ces tubes car d'après nous, il ne doit pas être pratique et amusant de rester bloqué dans ses tuyaux fermés et ayant pas de lumière. C'est pour cela que Flash Loop sera un robot rapide et intelligent qui sauve des vies en réparant ces tubes et en sortant les personnes restées bloquées.

 

II.3 - Un nom

Le nom de "Flash Loop" est apparu subitement dans nos esprits car nous étions d'abord partis sur "Repair Loop" car notre robot répare les tunnels/tubes de transport futuriste. Seulement nous trouvions ce nom simple et pas assez original pour notre robot qui nous l'espérons sera atypique. C'est à ce moment là que nous avons eu un flash et ce flash nous a paru comme une évidence. C'est de là que vient donc le nom "Flash Loop" car le mot Flash signifie à la fois la lumière mais aussi la vitesse ; le mot Loop quant à lui signifie les loopings et les tuyaux.

II.4 - Un logo

C'est une représentation graphique d'une marque ou d'une entreprise. Le logo renforce l'image d'une marque. Il favorise la reconnaissance de celle ci.

  Voici le logo de notre robot.                                                   Voici le dessin du logo de notre robot.

 

 

Notre logo se décompose en deux parties :

  • La première est celle de l'éclair noir qui est au centre de l'intersection des deux cercles. Il représente le mot "Flash"du nom du robot car un flash peut être un éclair.
  • La seconde est celle du cercle bleu et du cercle rouge qui s'entremêlent. Ils représentent le mot "Loop" du nom du robot car deux cercles entremêlés représentent les loopings des montagnes russes. La forme géométrique du cercle représente aussi les tuyaux de transport futuriste.

 

II.5 - Une planche tendance

La planche tendance est l'élément qui associe et regroupe toutes les parties importantes d'un projet ou d'un objet technique. Dans notre cas, elle regroupe : 

  • Le nom
  • Le logo
  • Le nuage de mot
  • Les couleurs (qui ont une signification particulière)
  • Un texte explicatif et présentatif
  • Les images d'inspirations...

Cette planche tendance sera une aide pour présenter notre projet.

Voici la planche tendance de notre robot.

II.6 - Des solutions possibles

Nous devions chercher les diverses solutions techniques possibles répondant aux fonctions techniques de notre robot qui elles sont des dérivés de la fonction principale. Le but était de lister tout les solutions que nous pouvions utiliser pour chaque fonction technique pour ensuite choisir lesquelles seront les mieux adaptées pour notre robot. Cette étape nous a beaucoup aidés pour choisir chaque éléments qui composeront le robot.

Voici toutes les solutions possibles.

 

II.7 - Des solutions choisies et expliquées

Le système qui constitue notre robot se représente sous la forme de deux chaînes qui fonctionnent ensemble. La première, est la chaîne d'information qui va acquérir les données, qui les transmettra et qui ensuite les communiquera à la chaîne d'énergie. La deuxième, est la chaîne d'énergie qui alimente le robot, distribue l'énergie, convertie cette énergie en une autre énergie (dans ce cas là par exemple l'énergie électrique est transformée en énergie mécanique) puis finit par la transmettre dans les circuits du robot.

Ces deux chaînes nous ont aidés à créer le programme du robot et a visualiser quelle pièces serviront à faire quelle action.

II.8 - Coût total

III. Étape 3 : Réalisation et tests

III.1. - Des programmes, un algorithme et une position pour les capteurs

Pour faire fonctionner notre robot, nous devons créer et tester des programmes et un algorithme qui permettront au robot d'être autonome. Pour cela, nous devons prendre en compte le fait que :

  1. le robot doit démarrer après avoir reçu l'ordre de l'utilisateur
  2. le robot doit savoir avancer quand les capteurs suiveurs de ligne noire de gauche et de droite indiquent 0.
  3. le robot doit savoir tourner à gauche automatiquement quand le détecteur suiveur de la ligne noire du côté gauche est à 1 alors que celui de droite est à 0.
  4. le robot doit savoir tourner à droite automatiquement quand le détecteur suiveur de la ligne noire du côté droite est à 1 alors que celui de gauche est à 0.
  5. le robot doit savoir s'arrêter automatiquement quand il détectera la butée/zone d'arrêt ou que les capteurs suiveurs de ligne noire de gauche et de droite seront à 1 tous les deux.

    III.1.1 - Un algorithme

Pour que nous puissions tester notre algorithme et notre programme, nous sommes allés sur scratch un logiciel permettant la modélisation numérique et les tests de notre programme.

Voici notre algorithme.

CLND = Capteur Ligne Noire Droite                                              CLNG = Capteur Ligne Noire Gauche

    III.1.2 - Un premier programme

Voici notre premier programme.

Ensuite, nous devions déterminer la place des deux capteurs suiveurs de ligne. Pour cela, nous avons toujours utilisé scratch pour tester trois dispositions différentes voici les vidéos des tests.

Test n°1 : Les capteurs sont aux extrémités du robot

 

 

 

 

Nous voyons bien sur la vidéo, que le robot réussit à réaliser le parcours correctement mais que l'écartement des capteurs ne lui permet pas de s'arrêter au niveau de la ligne noire car les capteurs suiveurs de ligne noire de gauche et de droite sont à 0 alors qu'ils devraient être à 1 pour que le robot s'arrête automatiquement. Nous ne choisirons donc pas cette possibilité car le robot ne s'arrêterait pas et continuerait de buter contre la zone d'arrêt.

 

Test n°2 : Les capteurs sont au centre du robot, l'un collé à l'autre

 

 

Nous voyons bien sur la vidéo que le robot n'arrive pas à passer le premier virage car les capteurs sont trop prés l'un de l'autre et trop au centre du robot. Ce n'est donc pas un positionnement pratique car le robot n'arrivera pas à réaliser le parcours en autonomie. Nous ne choisirons pas cette possibilité non plus.

 

Test n°3 : Les capteurs sont entre les extrémités et le centre du robot, espacés l'un de l'autre

 

 

Nous voyons bien sur la vidéo que le robot réalise le parcours normalement : il arrive à passer les virage et réussi même à s'arrêter au niveau de la zone d'arrêt. Cette position des capteurs est pratique car elle permet au robot d'être autonome durant la réalisation du parcours mais aussi durant l'arrêt au niveau de la butée finale. C'est pour cela que nous choisirons cette possibilité qui nous permettra ainsi qu'à notre robot, de réaliser le parcours automatiquement ainsi que de s'arrêter sans avoir besoin de notre intervention.

    III.1.3 - Un  deuxième programme testé

Pour que notre robot puisse avancer correctement durant le concours ainsi que les tests que nous réaliserons plus tard, nous avons dût créer un programme, basé sur le premier, sur le logiciel mBlock en utilisant une carte Arduino et des capteurs suiveurs de ligne noire. Nous avons donc, pour tester l'efficacité de ce programme, remplacé les capteurs suiveurs de ligne noire de gauche et de droite par des LED rouge et verte.

Notre programme devait réussir à :

  • Allumer la LED Verte quand le capteur suiveur de ligne noire de gauche avait identifié la présence de la ligne noire au niveau du côté gauche = le robot devra tourner vers la gauche
  • Allumer la LED Rouge quand le capteur suiveur de ligne noire de droite avait identifié la présence de la ligne noire au niveau du côté droit = le robot devra tourner à droite
  • Allumer la LED Verte ainsi que la LED Rouge quand les capteurs suiveurs de ligne noire de gauche et de droite avaient identifié la présence de la ligne noire des côtés de gauche et de droite = le robot devra s'arrêter car il va rencontrer la butée.
  • Ne pas allumer la LED Verte et la LED Rouge quand les capteurs suiveurs de ligne noire de gauche et de droite avaient identifié la présence d'aucune ligne noire (= vide/partie vide du circuit) des côtés de gauche et de droite = le robot devra avancer tout droit jusqu'à ce qu'un ou les capteurs suiveurs de ligne noire identifieront une ligne noire.

 

 

    III.1.4 - Un troisième programme testé et validé

Pour réaliser ce troisième et dernier programme, nous avons eu besoin d'analyser les informations logiques renvoyées par les capteurs de ligne noire. Quand il est noté 1, le moteur doit fonctionner alors que quand il est marqué 0 le robot doit s'arrêter. 

Voici notre programme.

Pour que notre robot puisse fonctionner même avec les problème que peuvent avoir les capteurs suiveurs de ligne noire (ils peuvent ne pas détecter la ligne noire à chaque fois), nous avons dût créer une deuxième boucle "répéter indéfiniment" en utilisant une boucle nommée "répéter jusqu'à..." à laquelle on a ajouté "1 = 2" pour que la partie du programme qui suit puisse être effectuée sans problèmes car le robot n'aura jamais comme information 1 = 2.

 

 

Malheureusement, quand nous avons eu fini le montage de notre robot, il n'arrivait pas à avancer donc nous avons encore dût modifier le programme.

    III.1.5 - Un dernier programme validé

Vu que l'ancien programme n'arrivait pas à faire avancer notre robot nous avons donc créé un nouveau programme. Voici le programme.

Nous avons donc ensuite téléverseé à partir de mBlock le programme dans la carte Arduino. Ensuite, nous avons essayé de faire rouler notre robot sur la piste.

 

    III.1.6 - Une application

Afin que notre robot débute sa course, nous avons créé une application pour le démarrer à distance, par bluetooth. Pour créer cette application nous avons utilisé le logiciel de MIT app inventor. Nous avons d'abord testé cette application en essayant d'allumer une LED.

Afin de respecter le planning initial nous n'avons pas eu le temps de finaliser le programme pour cette application donc le robot ne démarrera pas grâce à celle-ci.

III.2 - Un robot modélisé en 3D

Nous avons tout d'abord réalisé des croquis et dessins pour voir quelle forme nous voulions donner à notre robot.

 

 

Pour réaliser l'apparence de notre robot nous avons utilisé le logiciel de CAO SketchUp. Nous avons dû modéliser chaque partie une par une. Nous avons donc fait la modélisation des roues, le structure ainsi que les antennes de notre robot. Nous les avons ensuite toutes assemblées afin de pouvoir avoir la forme finale de notre robot.

 

 

III.3 - La réalisation pièces par pièces de notre robot

Pour que notre robot ne tombe pas de la petite montée ou qu'il ne soit pas trop grand, nous avons donc mesuré les différents éléments qui nous ont permis de choisir les dimensions que nous avons choisies. Nous avons par exemple mesuré la largeur de la montée, la largeur du trait noir de départ et de fin ainsi que sa longueur pour que le robot ne dépasse pas et soit de taille la plus optimale.

 

 

    III.3.1 - Un moteur relié à un automate

Pour que notre robot puisse réaliser le parcours sans notre intervention durant la présentation, nous avons relié le moteur à l'automate qui permettra de faire avancer notre robot en toute autonomie. Nous avons donc fait du câblage c'est à dire que nous avons soudé à l'étain des fils électriques aux bornes du moteur ce qui a permis de faire passer l'énergie électrique dans le moteur afin de la transformer en énergie mécanique.

Chaque moteur a ainsit un fil noir et un fil rouge soudé à ses bornes. Pour que nos moteurs soient donc bien reliés à l'automate, il faut connecter les deux fils de chaque moteurs dans les borniers à vis de l'automate. Nous avons donc mis chaque fils à l'entrée qui correspondait (bornier à vis bleu) puis nous avons mis les fils électriques qui nous ont permis de relier l'automate et les moteurs avec le reste du système de notre robot.

Voici le rendu final.

    III.3.2 - Un châssis

Pour réaliser notre châssis, nous avons tout d'abord dût réaliser un schéma regroupant la forme générale du châssis ainsi que toutes les mesures, épaisseurs et grandeurs.

Ensuite nous avons modélisé sur SketchUp la forme finale de notre châssis puis transféré sur Gcfao.

Nous avons transformé le fichier de façon à ce que la fraiseuse puisse l'usiner.

Suite à ça nous avons vissé la carte Arduino, les moteurs ainsi que les capteurs suiveurs de lignes.

    III.3.3 - Des roues

Avant de les usiner grâce à la fraiseuse numérique, nous avons tout d'abord dû les modéliser sur SketchUp.

Ensuite, nous avons transformé le ficher de façon à réussir à lire celui-ci avec le logiciel Gcfao qui permet d'envoyer la forme souhaitée à la fraiseuse numérique. Enfin, la fraiseuse a usiné nos deux roues.

    III.3.4 - La roue folle

Pour que notre robot puisse tourner correctement, il fallait en plus des roues, une roue folle que nous avons d'abord modélisée en 3D sur SketchUp puis que nous avons imprimée en 3D grâce à une imprimante 3D.

 

 

    III.3.5 - L'assemblage final de Flash loop

Après avoir vissé la carte, les capteurs et les moteurs, nous avons fixé les roues sur les moteurs.

Nous avons connecté tout le système de notre robot.

Vu que notre robot est en réalité virtuel, il fallait obligatoirement positionner de façon visible notre traqueur. C'est pour cela que nous avons usiné une autre pièce qui nous permet à la fois de tenir les fils et de positionner correctement notre traqueur.

image

III.4 - Un robot en réalité augmentée

Vu que notre robot était impossible à concevoir avec les machines que nous avions à disposition, nous avons donc eu l'idée de le modéliser en 3D puis de réaliser une réalité augmentée que nous allions projeter quand notre robot réel roulerait sur le circuit. Cela donnera ainsi l'impression de voir notre robot rouler, quand nous regarderons sur la tablette qui permet de voir la réalité virtuelle. Nous avons réussi à réaliser tout ceci grâce à Augment.

 

 

IV. Étape 4 : Préparation du concours

IV.1 - La bande annonce

Nous avons créé une bande annonce, à partir du logiciel Final Cut Pro X sur Mac, qui retrace le création de notre robot depuis le début.

IV.2 - Le stand

 

L'équipe de Flash Loop

  Elsa LABAT

Noémie LAURENT

Ludovic MUNOZ

Daniela RIBEIRO

et M.TOURREAU

Collège Leclerc, Saint-Gaudens

Année 2016-2017

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