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1 Robot joueur

Robot joueur

Nous avons choisi de réaliser un robot joueur. Cette page le décrira et expliquera son fonctionnement. Élèves du groupe : BOENS Quentin et GIL Hugo.

Généralités sur le robot joueur

Ses tâches

Actives (dans l'ordre) :
- sortir de son garage, se placer sur le terrain
- trouver la balle et la récupérer
- trouver le but et y lancer la balle

Passives :
- ne pas sortir des limites du terrain
- communiquer avec les buts et les autres robots lors de différents évènements
- éviter les obstacles

Les composants utilisés

1 châssis deux roues + 1 roue folle
1 arduino MEGA
2 servos-moteurs
1 unité de contrôle des moteurs (motor shield)
1 capteur ultrason
1 plaque à essais
3 capteurs de ligne
3 phototransistors
1 boîtier à piles
résistances, câbles

La répartition des composants sur le robot

Robot à trois étages:
- -1 : Moteurs et détecteurs de lignes
- 0 : Boîtiers à piles
- 1 : Arduino, plaque à essais, motor shield, détecteurs IR et détecteur ultrasons

Actions du robot joueur

Se déplacer

Le robot est capable de se déplacer grâce aux roues entraînées par les servos-moteurs, eux-mêmes contrôlés par le motor shield.
La roue folle sert à l'équilibre du robot.
Il est capable de se déplacer en ligne droite et d'effectuer des virages, à vitesses variables.
Problèmes rencontrés :
- Faire tourner les roues dans le même sens (résolu)
- Régler les vitesses de croisière et de manœuvre (résolu)

Photo des premiers branchements

Le PCB (circuit imprimé) servant aux communications entre l'Arduino et le motor shield :

PCB contrôle des moteurs

Détecter les obstacles

Grâce à un détecteur à ultrasons placé à l'avant du robot, celui-ci est capable de détecter et d'éviter les obstacles.
Lorsqu'un obstacle est détecté, une fonction "contournement()" est appelée. Elle permet au robot d'effectuer une petite séquence de virages et déplacements afin d'éviter l'obstacle.
Le capteur à ultrasons envoie une onde, puis mesure le temps qu'elle prend pour revenir au robot. Avec un simple calcul nous avons pu déterminer quelle durée correspondait à une distance d'à peu près 15cm, suffisante pour éviter les obstacles.
Problèmes rencontrés :
- Installation et mise en fonctionnement du capteur (résolu)
  - Les valeurs renvoyées par le capteur se basent sur une différence de courant, or lors des premiers essais tous les composants du robot n'étaient pas installés. Après en avoir ajouté, les valeurs renvoyées ne correspondaient plus et cela nous a pris beaucoup de temps pour comprendre l'origine du problème
- Défectuosité des câbles (résolu)
  - Nous avons du changer plusieurs fois des câbles défectueux, présentant des faux-contacts notamment.

Le PCB (très simple) du détecteur à ultrasons :

PCB capteur à ultrasons

Détecter les limites du terrain

Les limites du terrain étant représentées par des lignes au sol, nous nous sommes servis de capteurs de lignes. Ils permettent de détecter une différence de couleur grâce à la réflexion de la lumière.
Compte tenu du fait que les détecteurs doivent être placés suffisamment près du sol, nous avons réalisé une pièce 3D qui leur sert de support, afin d'obtenir des valeurs correctes. La réalisation s'est faite sur le site de CAD Onshape.com et l'impression, au Frabricarium de Polytech.
Leur nombre de 3 était imposé et permet de différencier les situations : rencontre d'une ligne de face, seulement d'un côté, etc.
Problèmes rencontrés :
- Les valeurs renvoyées différaient selon l'éclairage de la pièce (résolu)
  - Il a fallu prendre des fourchettes de valeurs assez grandes

Photo de la pièce 3D supportant les capteurs de lignes

Visuel 3D de la pièce

Le PCB des détecteurs de lignes :

PCB détecteurs de lignes

Détecter la balle et le but

La balle émettant des ondes infrarouges, nous avons utilisé des capteurs infrarouges afin de la localiser. Trois capteurs à l'avant du robot (gauche, milieu, droite) sont installés pour avoir un spectre assez large.
Le principe de détection est le suivant : lorsque qu'un détecteur IR capte une émission infrarouge, il se comporte comme une résistance, provoquant une discontinuité de tension. Notre Arduino est programmé pour détecter ces discontinuités, et réagir en conséquence.
Problèmes rencontrés :
- Régler la fréquence de réception pour avoir des valeurs intelligibles (résolu)
  - Nous avons créé des fonctions (calculA0(), calculA1() et calculA2()) qui permettent de prendre une centaine de valeurs pour en calculer une moyenne qui sert de référence.
- Adapter les valeurs selon les sources de courant (batterie, batterie + usb) (résolu)
  - Les valeurs retournées par un Serial.print n'étaient pas correctes car l'Arduino alimentait les capteurs donc les tensions n'étaient pas les mêmes qu'avec seulement les piles.
- Placer les détecteurs pour pouvoir fonctionner lorsque la balle est prise (non résolu)

Le PCB des détecteurs IR :

PCB capteurs infrarouges

Capturer la balle

La mission du robot joueur étant de capturer la balle pour pouvoir la tirer dans le but, nous avons conçu une pince en CAD.
Afin de mettre en mouvement la balle, pour mettre un but, nous avons décidé d'utiliser un "percuteur", qui poussera la balle lorsque la pince s'ouvre et lui donnera suffisamment d'élan.
La pince aurait due être imprimée en 3D. Cependant nous avons attendu un ravitaillement en servos-moteurs pour la finaliser, et une fois reçu, nous nous sommes fait rattraper par le temps ; le cahier de réservation de l'imprimante de Polytech étant très chargé, nous n'avons pu trouver un moment pour imprimer les pièces.

Visuel 3D de la pince

Programmation du robot

Pour réaliser notre robot, et faire fonctionner l'ensemble des systèmes cités ci-dessus, nous avons du utiliser de nombreuses fonctions et boucles. Cependant il est évident que, lors de la présentation, notre robot ne se serait pas comporté comme souhaité, si nous n'avions pas hiérarchisé les fonctions. Afin d'obtenir un résultat valable, nous avons décidé de classer les différentes fonctions du robot selon deux catégories : actives et passives.
- Les fonctions dites passives, sont celles qui sont directement liées aux règles du jeu: ne pas sortir du terrain, par exemple. On pourrait les qualifier de conditionnelles: si les conditions auxquelles elles se rapportent ne sont pas respectées, le robot ne pourra pas appliquer les fonctions actives. Un exemple: pourquoi demander au robot d'attraper la balle, s'il est obliger de sortir du terrain?
- Les fonctions actives sont celles qui sont en rapport avec la balle, que se soit la chercher, l'attraper ou la mettre dans le but. Ces fonctions ne seront appliquées qu'au moment où elles seront nécessaires, à l'inverse des passives qui sont appliquées en permanence.
Voici donc la logique (simplifiée) qui nous semble la plus adaptée au bon fonctionnement de notre robot:
- Mettre le robot en jeu

Si capteur de ligne détecte vert (couleur du garage):

   Avancer jusqu'à ce que capteur de ligne détecte noir
   Se placer au point de départ des robots

- Jouer

Tant que 1) la balle est en jeu (l'adversaire ne l'a pas) et 2) la balle n'est pas dans le but :

   Tant que capteur de ligne ne détecte pas noir (=sortie de terrain):
      Trouver la balle
      Saisir la balle
      Chercher le but
      Mettre un but
   Remise en jeu du robot

Rentrer au garage

Si 1) balle dans un but ou 2) adversaire a la balle

   Retourner au garage

Problèmes divers rencontrés

La valeurs renvoyées par le détecteur à ultrasons dépendent du nombre de composants installés sur le robot. Le programme de détection des obstacles, premier pas important du projet, fonctionnait parfaitement lors de sa création mais le nombre de composants ayant évolué ensuite, nous avons eu à le modifier plusieurs fois
Le stock de boucliers x-bee étant limité à 1 nous n'avons pas pu nous en procurer
La hiérarchie des fonctions pose un problème de conflit entre les différentes conditions à respecter, à savoir : rester dans le terrain (capteurs de ligne), ne pas rentrer dans des obstacles (capteur ultrasons) etc.

Binome2015-11