Binome2018-1 : Différence entre versions
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Version du 9 mai 2019 à 15:25
Sommaire
Introduction
Durant notre année nous avons du réaliser des robots dans le domaine des proies ou prédateurs.
Les prédateurs doivent repérer et rattraper des proies. Ils sont donc lourd et on besoin de moteurs puissants. Les proies émettent un signal qui permet aux prédateurs de les détecter et sont donc ainsi identifiées grâce aux tsops. Les prédateurs possèdent un système de réception infra-rouge directionnel permettant de s'orienter dans la phase de poursuite. Les prédateurs émettent aussi un signal infra-rouge permettant ainsi aux proies de savoir qu'elles sont prises en chasse. Les prédateurs n'ont pas besoin de connaître le relief de la pièce une fois la poursuite lancée. En effet, comme les proies ne savent pas voler, c'est à elle d'éviter les murs ce qui permet d’alléger le programme des robots prédateurs.
Les proies et les prédateurs doivent être clairement autonome.
La taille du robot n'est pas fixé. Mais il est préférable d'avoir un robot plus rapide pour les proies là où un robot plus massif sera conseillé pour les robots prédateurs. Nous avons choisi pour notre projet de faire un robot prédateur.
Compétences et matériel utilisé
Compétences :
- avancer et tourner ;
- s'orienter par rapport aux signaux que les tsops lui transmettent lors d'une course poursuite ;
- éventuellement émettre des signaux pour complexifier et rendre plus tacte la chasse ;
Matériel ;
- Nous avons pu nous inspirer des robots des années précédentes pour construire notre robot. Nous étions même autorisé à les détruises pour récupérer leur matos. Ces robots ne sont pas forcément totalement fonctionnels mais les parties déjà réalisées nous ont fait gagner du temps que nous avons pu consacrer à la programmation du robot.
- Pour faire le support du robot c'est à dire son châssis nous avion utilisé du plexiglas. Pour faire la découpe du support, nous avons utilisé la découpe laser.
Il faut faire attention de bien optimiser l'espace de son châssis. Dans l'absolue il vaut mieux faire trop grand et faire tenir le tout avec des ajouts non prévus que d'avoir un support trop petit et de devoir retirer du matos initialement prévu pour le robot.
Les montages photographiques ci-dessous présentent les éléments permettant de construire un robot sans trop souffrir et les composants de base pour construire un robot plus optimisé et personnalisé.
Des robots miniatures peuvent être réalisés en utilisant des servo-moteurs continus et des pièces en plexiglas ou en contreplaqué découpées à l'aide de la découpeuse laser du Fabricarium. Certaines formes plus complexes peuvent éventuellement être réalisées à l'aide des imprimantes 3D du Fabricarium. Il est possible d'imprimer des pneus avec du PLA flexible. Pour les fixations vous avez de la visserie (vis, écrous, entretoises).
Logiciels
Pour concevoir un schéma propre du câblage de votre robot vous pouvez utiliser fritzing. Tous les composants de notre robot ne sont pas modélisés dans fritzing. Donc voici une liste de composants supplémentaires mis au points par des élèves IMA de la promotion 2017 (Julie Debock, Hugo Vandenbunder et Sylvain Verdonck) et revus par les encadrants du bureau d'études :
- détecteur ultrason : Fichier:UltrasonicSensor HCSR04.zip
- contrôleur de moteurs : Fichier:MotorDriver Pololu md08a.zip
Pour la découpe laser nous avons utilisé ce logiciel inkscape.
Pour la conception 3D solidwork est très utilisé. Mais nous ne l'avons pas utilisé. Pour le développement avec les plateformes Arduino, utilisez l'environnement du même nom. La programmation se fait en C++ ce qui est relativement abordable. Il y a de nombreux site internet qui proposent de claires explication. Enfin les programmes que nous devons réaliser restent largement dans nos cordes ce qui ne pose aucun problème.
Pour vous aider dans la conception des circuits imprimés, nous vous proposons des circuits modélisés avec fritzing que vous pourrez adapter à vos robots. Ces circuits ont été ébauchés par des élèves IMA et retouchés par les encadrants du bureau d'études. Ce qui est pratique pour tester un composant à l'avance et ainsi ne pas prendre du retard.
Un premier circuit de type bouclier Arduino permet d'éviter tous les câbles entre l'Arduino et les contrôleurs de moteurs : Fichier:Robot bouclier.zip. Ce circuit est prévu pour 4 moteurs, les binômes avec des chassis bi-moteurs devront le simplifier. Après téléchargement, prenez soin de modifier le suffixe .zip en .fzz.
Bouclier : plaque d'essai
Bouclier : schéma
Bouclier : circuit imprimé
Système embarqué
Il n'y a pas de télécommandes pour controler le robot. Autrement dit, il doit être 100% autonome. Il possède donc un sonar, un détecteur infrarouge et une batterie.
Mise à jour de la distribution
La distribution Raspbian vient avec le système de démarrage systemd. Ce système n'est pas forcément adapté à l'usage que nous souhaitons faire de la Raspberry : utilisation en tant que système embarqué et manipulation en mode texte. Il est assez simple de supprimer, en tant qu'administrateur, le paquetage systemd ainsi que deux autres paquetages qui tentent de gérer automatiquement la configuration réseau dhcpcd5 et openresolv :
apt-get purge dhcpcd5 openresolv apt-get purge systemd
Attention pour que la seconde commande fonctionne, il faut que la Raspberry Pi puisse récupérer des paquetages, donc soit connectée au réseau. En salle E304, vous pouvez connecter votre Raspberry sur la seconde interface réseau d'une Zabeth. Dans le fichier /etc/network/interfaces vous pouvez écrire la configuration ci-dessous :
auto eth0 iface eth0 inet dhcp
Il faut aussi mettre une adresse de serveur de noms dans le fichier /etc/resolv.conf :
nameserver 193.48.57.34
Enfin pour que la Raspberry accède aux dépôts de paquetage sur Internet, il faut lui indiquer d'utiliser les serveurs mandataires Web de l'école :
export http_proxy=http://proxy.polytech-lille.fr:3128
Il est normal que la suppression de systemd retourne une erreur, il faudra relancer la Raspberry pour l'enlever définitivement. Avant cela modifiez le fichier /etc/inittab et remplacez la ligne
#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyS0 9600 vt100
par la ligne
T0:23:respawn:/sbin/getty -L serial0 115200 vt100
Après le redémarrage de la Raspberry enlevez définitivement systemd en tapant à nouveau la commande
apt-get purge systemd
Connexion sur la Raspberry par ssh
La connexion sur la Raspberry par série a ses limites : le terminal texte est assez mal géré et à terme la connexion série sera dédié à la communication avec le micro-contrôleur. Maintenant que la Raspberry est configurée sur le réseau, il est souhaitable de s'y connecter en utilisant la commande ssh.
Pour activer le serveur ssh sur la Raspberry, utilisez les commandes suivantes :
update-rc.d ssh enable invoke-rc.d ssh start
Vous pouvez alors vous connecter sur la Raspberry avec la commande :
ssh pi@172.26.79.1XX
Si le message d'erreur à la connexion vous énerve, il vous suffit de rajouter un # devant l'appel de fonction check_hash à l'avant-dernière ligne du fichier /etc/profile.d/sshpasswd.sh.
Configuration en point d'accès
Pour que votre Raspberry Pi 3 devienne un point d'accès, installez le paquetage hostapd :
apt-get install hostapd
Copiez le fichier de configuration de hostapd qui se trouve dans le répertoire /usr/share/doc/hostapd/examples/ dans le répertoire /etc/hostapd :
cp /usr/share/doc/hostapd/examples/hostapd.conf.gz /etc/hostapd gunzip /etc/hostapd/hostapd.conf.gz
Examinez le fichier /etc/hostapd/hostapd.conf à la recherche des mots-clefs suivants :
-
ssid, indiquez votre nom de réseau WiFi ; -
country_code, mettez le code de la FranceFR; -
channel, faites en sorte que les Raspberry n'écoutent pas toutes sur le même canal ; -
wpa, activez l'option (mettre à 1) ; -
wpa_passphrase, donnez le mot de passe de votre réseau (au moins 8 caractères) ; -
wpa_key_mgmt, à configurer à la valeurWPA-PSK.
Enfin dans le fichier /etc/default/hostapd, définissez le chemin du fichier de configuration :
DAEMON_CONF=/etc/hostapd/hostapd.conf
Relancez le service par la commande :
service hostapd restart
Vous pouvez vérifier avec votre téléphone que votre réseau WiFi est bien visible.
Configuration IP des clients WiFi
Pour que les clients WiFi puissent obtenir une adresse IP et autres coordonnées réseau, installez le paquetage isc-dhcp-server :
apt-get install isc-dhcp-server
Tout d'abord choisir un réseau IPv4, par exemple 192.168.100.0/24 et affecter à la Raspberry une adresse de ce réseau, par exemple 192.168.100.1. Pour cela ajoutez le bloc ci-dessous à la fin du fichier /etc/network/interfaces :
auto wlan0 iface wlan0 inet static address 192.168.100.1 netmask 255.255.255.0
Il est alors possible de configurer le serveur DHCP au travers de son fichier de configuration /etc/dhcp/dhcpd.conf. Les directives à modifier sont les suivantes :
-
option domain-name, spécifiez un nom de domaine de votre choix (monrobot.orgpar exemple) ; -
option domain-name-servers, spécifiez l'adresse192.168.100.1comme serveur DNS ; -
authoritative, déclarez votre serveur DHCP comme légitime.
Il faut aussi ajouter un bloc réseau comme celui-ci :
subnet 192.168.100.0 netmask 255.255.255.0 {
range 192.168.100.100 192.168.100.200;
option routers 192.168.100.1;
}
Relancez le service par la commande :
service isc-dhcp-server restart
Vous devez maintenant pouvoir connecter votre téléphone sur votre réseau WiFi. La bonne connexion au réseau WiFi doit se voir dans le fichier de contrôle /var/log/daemon.log et l'obtention d'une adresse IP doit se lire dans le fichier /var/log/syslog.
Ajout d'un nom réseau pour la Raspberry Pi
A ce point votre téléphone peut contacter la Raspberry par son adresse IP. Pour pouvoir faire de même avec un nom significatif installez le paquetage bind9 :
apt-get install bind9
Ajoutez un bloc dans le fichier de configuration /etc/bind/named.conf :
zone "monrobot.org" {
type master;
file "/etc/bind/db.monrobot";
};
Créez le fichier /etc/bind/db.monrobot avec un contenu de ce type :
$TTL 604800
@ IN SOA localhost. root.localhost. (
2 ; Serial
604800 ; Refresh
86400 ; Retry
2419200 ; Expire
604800 ) ; Negative Cache TTL
@ IN NS localhost.
robot IN A 192.168.100.1
Enfin ajoutez en tête du fichier /etc/resolv.conf la ligne
domain monrobot.org
Vous pouvez vérifier le bon fonctionnement du résolveur de nom en tapant
host -t any robot 192.168.100.1
Installation d'un serveur Web
La commande du robot doit se faire via une interface Web. Il faut donc installer un serveur Web sur la Raspberry Pi avec un système de page dynamiques pour exécuter du code sur la Raspberry. Il suffit pour cela d'installer les paquetages apache2 et php7 :
apt-get install apache2 php7
Un premier test consiste à donner robot dans la barre d'adresses du navigateur Web de votre téléphone. La page de test du serveur Web apache2 doit s'afficher.
Vous pouvez aussi écrire une petite page permettant d'effectuer une action comme l'arrêt de la Raspberry Pi. Cette page est à mettre dans le répertoire /var/www/html. Voila un exemple de page PHP, nommez la index.php et supprimez le fichier index.html :
<?php
if(array_key_exists('stop',$_POST)){
system('super halt');
die('halting ...');
}
?>
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8" />
<title>Contrôle Web</title>
</head>
<body>
<form method="POST" action="<?php echo $_SERVER['PHP_SELF']; ?>">
<input type="submit" name="stop" value="Arrêter"/>
</form>
</body>
</html>
Notez l'appel de fonction system('super halt'). Pour que cet appel ait l'effet désiré, c'est à dire l'arrêt propre de la Raspberry Pi, il faut que le serveur Web puisse déclencher cet arrêt. De base, ce n'est pas possible pour une raison de droits : l'utilisateur www-data sous lequel tourne le serveur apache2 n'a pas le privilège de lancer la commande halt. Nous allons donc utiliser l'utilitaire super pour autoriser le serveur Web à lancer la commande :
apt-get install super
Ajoutez ensuite la ligne ci-dessous à la fin fichier de configuration de super qui se nomme /etc/super.tab :
halt /sbin/halt uid=root www-data
Voila, vous devriez pouvoir arrêter votre Raspberry Pi en cliquant sur le bouton "Arrêter" de votre page Web.
Communication série
Votre Raspberry Pi va probablement devoir communiquer avec un micro-contrôleur. Le plus simple est d'établir une communication série. Par contre les pages Web dynamiques peuvent difficilement utiliser le port série étant donné leur durée de vie, c'est à dire d'exécution, limitée. La solution propre pour permettre à des pages Web d'utiliser un port série est de passer par un serveur websocket. Ce type de processus est lancé au démarrage de la machine et accapare le port série. L'intérêt est que le serveur websocket est facilement contactable par un programma javascript tournant sur le navigateur.
Sur votre Raspberry, vous devez installer le paquetage libwebsockets-dev :
apt-get install libwebsockets-dev
Récupérez ensuite le programme C stocké sur ce Wiki (Fichier:Webserial.zip ou Fichier:Webserialv2.zip suivant la version de votre bibliothèque libwebsockets). Décompressez-le et compilez-le avec la commande :
gcc -Wall webserial.c -o webserial -lwebsockets
Vous pouvez faire en sorte que ce programme soit lancé dès le démarrage de la Raspberry Pi en modifiant le fichier /etc/rc.local. Pensez à préciser le chemin complet du programme et à suffixer par un & pour que le programme soit lancé en tâche de fond.
Avec notre serveur websocket nous pouvons implanter des protocoles simples. L'exemple qui suit permet d'allumer et d'éteindre des LEDs connectées à un Arduino et à savoir quels boutons sont pressés. Pour les LEDs, le numéro de la LED à gérer est donné par les 7 bits de poids faible et le bit de poids fort permet de savoir s'il faut l'allumer ou l'éteindre. Pour les boutons, un octet est envoyé par l'Arduino dont chaque bit indique si le bouton est appuyé ou non.
Le programme de l'Arduino est très court :
#define LED1 8
#define Bouton1 2
#define Bouton2 3
void setup(void){
Serial.begin(9600);
for(int i=0;i<6;i++) pinMode(LED1+i,OUTPUT);
pinMode(Bouton1,INPUT);
pinMode(Bouton2,INPUT);
digitalWrite(Bouton1,HIGH);
digitalWrite(Bouton2,HIGH);
for(int i=0;i<6;i++){
digitalWrite(LED1+i,HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED1+i,LOW);
}
}
void loop(void){
if(Serial.available()>0){
unsigned char actions=Serial.read();
int led=LED1+actions&0x7f;
if((actions&0x80)==0) digitalWrite(led,HIGH); else digitalWrite(led,LOW);
}
unsigned char capteurs=0;
if(digitalRead(Bouton1)==LOW) capteurs |= 0x01;
if(digitalRead(Bouton2)==LOW) capteurs |= 0x02;
Serial.write(capteurs);
delay(100);
}
La page Web qui dialogue avec le serveur websocket encore plus courte est disponible sur ce Wiki Fichier:Jsserial.zip.
Penser à placer le fichier jquery.js stocké sur Fichier:Jquery.zip dans votre dossier /var/www/html pour assurer le bon fonctionnement de la page web.
Répartition des tâches
Nous n'imposons pas de répartition rigide des tâches. Pour qu'une démonstration puisse se faire en fin de bureau d'étude il faut au moins un robot proie et un robot prédateur.
Robot proie
Un robot proie est constitué comme suit :
- un châssis roulant, un contrôleur pour chaque paire de moteurs, un Arduino Uno ou un circuit électronique maison à base de micro-contrôleur ATMega328p ;
- des détecteurs ultrason pour éviter les collisions ;
- un récepteur infra-rouge TSOP pour décoder les signaux infra-rouges modulés ;
- un émetteur infra-rouge pour émettre un signal signalant le robot comme une proie ;
- un dispositif récepteur à courte distance pour simuler la capture par un prédateur, vous pouvez partir sur l'idée d'un capteur à effet Hall.
Dans son mode autonome, le robot se promène dans la pièce en évitant les obstacles de façon tranquille et prévisible. Quand il repère un prédateur à son signal infra-rouge, la proie se déplace plus vivement avec de brusques changements de direction. Quand le détecteur à courte distance indique que le robot proie est à portée du prédateur, il s'arrête. Faire clignoter des LED rouges serait assez à propos.
Vous pouvez ajouter un mode télécommande au robot. La modification la plus simple consiste à recevoir des ordres d'une télécommande infra-rouge. Le robot pourrait ainsi recevoir des ordres pour accélèrer ou décélérer, pour tourner tranquillement ou brusquement.
Pour aller plus loin vous pouvez équiper votre robot d'une Raspberry PI 3 communiquant avec la carte de contrôle en série. Le robot peut alors être téléguidé par un téléphone.
Robot prédateur
Un robot prédateur est constitué comme suit :
- un châssis roulant, un contrôleur pour chaque paire de moteurs, un Arduino Uno ou un circuit électronique maison à base de micro-contrôleur ATMega328p ;
- un détecteur ultrason pour ne pas rentrer dans les obstacles ;
- des récepteurs infra-rouges TSOP pour décoder les signaux infra-rouges modulés ;
- un émetteur infra-rouge pour émettre un signal signalant le robot comme un prédateur ;
- un dispositif émetteur à courte distance pour simuler la capture d'une proie, par exemple un électro-aimant.
Dans son mode autonome, le robot tourne en rond à la recherche d'une proie. Dès qu'il en repère une, il se précipite vers elle en se calant sur son signal infra-rouge. Quand le prédateur pense être à porté de la proie, il active la communication à faible portée. Cette activation est temporaire pour donner une chance à la proie de s'échapper.
Vous pouvez ajouter un mode télécommande au robot. La modification la plus simple consiste à recevoir des ordres d'une télécommande infra-rouge. Le robot pourrait ainsi recevoir des ordres de direction, de vitesse et d'activation de la communication "capture".
Pour aller plus loin vous pouvez équiper votre robot d'une Raspberry PI 3 communiquant avec la carte de contrôle en série. Le robot peut alors être téléguidé par un téléphone.
Réalisations des binômes
| Numéro | Elèves | Type de robot | Page |
|---|---|---|---|
| Binôme 1 | Ziyad Houssaini* / Lucas Houziaux* | Proie | Binôme 1 2017/2018 |
| Binôme 2 | Théo Evrard! / Valériane Salingue* | Prédateur | Binôme 2 2017/2018 |
| Binôme 3 | Valentin Kerskens° / Kadir Tekin* | Proie | Binôme 3 2017/2018 |
| Binôme 4 | Alex Lagneau* / Adrien Piednoel! | Proie | Binôme 4 2017/2018 |
| Binôme 5 | Clémence Béchet! / Pierre Gautreau* | Prédateur | Binôme 5 2017/2018 |
| Binôme 6 | Claire Devisme° / Noémie Lounici! | Prédateur | Binôme 6 2017/2018 |
| Binôme 7 | Nour Ekhlas* | Prédateur | Binôme 7 2017/2018 |
| Binôme 8 | Vincent Dubois* | Proie | Binôme 8 2017/2018 |
| Binôme 9 | Raphaël Bonvalet* / Damien Tillaux* | Proie | Binôme 9 2017/2018 |
