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Bureau d'études IMA

Glossaire

Un bureau d'étude c'est l'occasion donnée à des futurs élèves ingénieurs de découvrir un domaine de métiers. Ici le domaine exploré est celui auquel prépare le département IMA de l'école d'ingénieurs Polytech'Lille.

Synopsis

Chassis MindStorm	Chassis générique

Ce bureau d'études doit permettre aux élèves d'aborder toutes les spécialités de la filière "systèmes communicants" du département IMA.

A noter que l'aspect automatique était initialement abordé avec un chassis de robot comportant capteurs et actionneurs standards et avec l'implantation d'un processus de régulation de trajectoire de type PID. Initialement les chassis étaient réalisés avec des Legos Mindstorm, à partir de la saison 6, des chassis plus génériques sont utilisés voire fabriqués grâce à la découpeuse laser du Fabricarium. A partir de la saison 10 l'aspect automatique est abandonné.

FoxBoard	pcDuino	RaspBerry Pi3	Micro-contrôleur USB

L'aspect informatique embarquée est abordée avec l'introduction d'une plateforme FoxBoard qui, sous un format réduit, donne accès à un réel système d'exploitation de type Linux. A partir de la saison 5, les FoxBoard, un peu agées, sont remplacées par des pcDuino puis à partir de la saison 7 par des Raspberry Pi. A partir de la saison 10 l'informatique se concentre sur la programmation avancée du micro-contrôleur ATMega16u2 d'un périphérique USB.

Panneau solaire	Balise infra-rouge	Circuit imprimé maison	Circuit imprimé avec micro-contrôleur

La spécialité électronique est présente dès la saison 3 avec une procédure de rechargement des accumulateurs par panneau solaire. Elle se renforce dans les saisons 4 et 5 avec la conception d'une balise infra-rouge. Dans les saisons 6 à 9 ce sont des circuits électroniques complets que les élèves conçoivent et réalisent. A partir de la saison 10, ce sont toujours des circuits électroniques à base de micro-contrôleurs que les élèves conçoivent et réalisent. Mais ce ne sont plus des cartes de contrôle de robots mais des cartes pour périphériques USB.

Saison 13 (2022/2023)

L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 13.

Saison 12 (2021/2022)

Enfin des clefs USB ont pu être construites durant la saison 11. Par contre les clefs étaient de faible capacité (quelques Mo). La saison 12 verra-t-elle la réalisation de clefs de plus grande capacité (quelques Go).

L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 12.

Saison 11 (2020/2021)

La saison 11 reprend le sujet de la saison 10 en espérant que les perturbations d'ordre sanitaire du second semestre de 2019/2020 ne se reproduisent pas avec la même ampleur cette année.

L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 11.

Saison 10 (2019/2020)

Changement total d'objectif pour la saison 10. Abandon des robots pour passer à la conception et à la fabrication de clefs USB. La partie mécanique est réduite au minimum avec une éventuelle fabrication d'un boitier adapté à la clef. La partie électronique est conservée avec la conception et la création d'une carte comportant un micro-contrôleur ATMega16u2 et des mémoires flash. La partie informatique est renforcée avec l'écriture du code pour la gestion USB sur le micro-contrôleur. Il n'est cependant pas question d'écrire complètement ce code à partir de zéro, la bibliothèque LUFA permettant de réaliser facilement des périphériques USB sera mise à contribution.

L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 10.

Saison 9 (2018/2019)

La saison 9 reprend les objectifs de la saison 8.

L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 9.

Saison 8 (2017/2018)

Profitons de la saison 8 pour fixer des objectifs plus raisonnables. Beaucoup d'élèves en 2016/2017 ont souhaité réaliser leur propre carte électronique ce qui est assez difficile à réussir dans le temps imparti au bureau d'études. Surtout que les mêmes élèves souhaitaient généralement, en plus, concevoir leur propre chassis et utiliser une Raspberry Pi 3 pour contrôler leur engin. L'objectif principal de la saison 8 est d'obtenir des robots fonctionnels. Les nouveaux objectifs sont décris ci-après.

• Le thème n'est plus celui du jeu de balle mais celui de robots communicants. Deux types de robots sont envisagés : les proies et les prédateurs. Les proies se déplacent le plus vite possible de façon autonome ou télécommandée tout en annonçant leur nature par un signal infra-rouge modulé. Les prédateurs repèrent les signaux infra-rouges des proies et les poursuivent. Les proies télécommandées peuvent l'être par une télécommande infra-rouge ou par un smartphone, dans ce cas le robot embarque une Raspberry Pi 3.
• Les élèves qui souhaitent se concentrer sur la programmation du robot peuvent le faire en utilisant un chassis roulant classique et une plateforme Arduino. Le temps de construction du robot est alors très réduit.
• Nous souhaitons tout de même permettre aux élèves qui le souhaitent la possibilité de construire entièrement leur robot. Cependant un modèle de carte électronique est fourni, seules quelques modifications sont nécessaires pour obtenir une carte de commande. De plus, il est maintenant possible de s'appuyer sur les exemples de chassis conçus par les élèves de la saison 7.
• Comme pour la saison 8, les cartes électroniques peuvent être gravées par la plateforme électronique de l'école et les chassis construits en utilisant les imprimantes 3D ou la découpe laser du Fabricarium.

L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 8.

Saison 7 (2016/2017)

La saison 7 reprend les objectifs de la saison 6 en élargissant les possibilités de construction des robots. Il est maintenant proposé de construire un chassis maison en utilisant la découpeuse laser du Fabricarium, de concevoir une carte électronique pour remplacer la plateforme Arduino et aussi de radio-commander le robot en installant une Raspberry PI sur le chassis.

Le cahier des charges était trop ambitieux mais les élèves ont fait de leur mieux pour réaliser leurs robots. Les voici :

L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 7.

Saison 6 (2015/2016)

La saison 6 fait connaître au bureau d'études IMA original un chamboulement total. Non pas à cause du changement de thème car l'objectif reste un jeu de balle entre robots. Les règles du jeu sont très proches de celles de la saison 5 avec quelques simplifications techniques comme la suppression de l'arbitre, son rôle étant distribué aux acteurs restants. Le chamboulement est au niveau de la réalisation des robots. Nous abandonnons les lego MindStorm décidement trop onéreux et impossible à renouveller : la version NXT n'est plus produite et la version EV3 manque d'environnement de développement dans la continuité des NXT. Les robots vont être construits de toute pièces avec des éléments standards et contrôlés par une plateforme Arduino Mega2560.

Voici en définitive les robots construits lors de ce bureau d'étude.

Vous trouverez ci-dessous quelques épisodes de la saison 6. L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 6.

Accessoires des premières saisons

Voici des galeries photos des accessoires communs aux saisons 1 à 5, en commençant par une vue détaillée du système global.

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  Vue d'ensemble du matériel

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  Chassis du robot réalisé en Lego Mindstorm

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  Le centre névralgique autour d'un système embarqué FoxBoard

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  Accès au robot via un point d'accès WiFi

Capteurs et actionneurs utilisés.

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  Capteur sonar ultrasons

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  Capteur de couleurs

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  Servo-moteur

Outils de programmation des Legos MindStorm.

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  Brique MindStorm
  (micro-contrôleur)

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  Programmation graphique

• 

  Programmation en C

Saison 5 (2014/2015)

La saison 5 reprend le thème de la balle infra-rouge de la saison 4. Le nombre de robots sur le terrain est réduit, cette fois chaque équipe ne comprend qu'un robot de compétition. Cette communication s'effectue par bluetooth. L'aspect télécommande par WiFi et webcam présent dans les saisons 1 à 4 est abandonné. L'accent est mis sur la communication entre les différents acteurs. D'ailleurs, un nouvel acteur est introduit : l'arbitre. Cet arbitre n'est pas un robot mobile mais un système embarqué qui joue le rôle de central de communication =bluetooth=. Dans la saison 4, les balises infra-rouge des cages de but n'ont pas été finalisées. Une nouvelle approche est prévu cette saison pour aboutir à une carte complète pour ces balises. La carte comprendra un petit micro-contrôleur AVR : l'attiny85.

Micro-contrôleur attiny85

Vous trouverez ci-dessous quelques épisodes de la saison 5. L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 5.

Saison 4 (2013/2014)

Pour la saison 4, un nouveau thème de jeu de balle a été choisi. Les robots vont devoir s'affronter dans une compétition sur un terrain, 2 robots contre 2 robots. La balle est une sphère émettant dans l'infra-rouge que les robots vont devoir retrouver grâce a des détecteurs de même type et dans laquelle ils vont devoir taper pour l'amener dans les buts adverses. Les buts eux aussi peuvent être repérés par des signaux infra-rouges d'impulsion.

Détecteur infra-rouge

Durant la saison 4, les capteur tierce partie infra-rouge a été employé pour retrouver la balle et les buts.
Vous trouverez ci-dessous quelques épisodes de la saison 4. L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 4.

Saison 3 (2012/2013)

Pour la saison 3, des capteurs solaires ont été ajoutés aux accessoires disponibles. Un élève s'est essayé à intégrer deux panneaux sur son robot.

Vous trouverez ci-dessous quelques épisodes de la saison 3. L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 3.

Saison 2 (2011/2012)

Page de configuration	Commande "rose des vents"	Carte de positionnement

Pour la saison 2, l'interface Web de contrôle du robot a été améliorée. Vous noterez en particulier, une interface de commande du robot permettant de régler finement la vitesse des deux servo-moteurs.
Une autre nouveauté de la saison 2 est l'ajout de cartes RFID sous la piste permettant aux robots de se situer sur le parcours. Vous trouverez ci-dessous quelques épisodes de la saison 2. L'intégrale est disponible à partir de la page de la saison 2.

Saison 1 (2010/2011)

la première saison a vu les principes de communication entre la brique MindStorm et le système FoxBoard se mettre en place. Cette communication se fait par BlueTooth.

Page de configuration	Télécommande WiFi

L'interface Web de contrôle implanté sur la FoxBoard est donnée aux élèves qui peuvent la personnaliser. L'accès à cette interface Web se fait à l'aide d'un téléphone Android ou d'une tablette.

Boussole	Lecteur RFID	Accéléromètre	Gyroscope

Durant la saison 1, divers groupes ont testé les capteurs tierce partie présentés ci-contre. Seuls les capteurs Boussole et Lecteur RFID ont trouvé un intérêt dans ce bureau d'études.

Vous trouverez ci-contre la vidéo finale de la saison 1. Le making-of de cette vidéo est aussi disponible.