BE 2013-2014

But à atteindre

Ce bureau d'étude a comme finalité la construction de robots joueurs de balle. Ces robots doivent s'affronter sur un terrain découpé en quatre zones avec des buts aux extrêmités opposées.

Les robots vont devoir s'affronter par paires. Le but d'une paire de robot est d'arriver à envoyer l'unique balle dans le but adverse sans qu'il leur arrive la même chose. Il n'y a pas de spécialisation dans les robots. Chacun pouvant attaquer ou défendre. Un robot qui trouve la balle va chercher à l'attraper et à la lancer sans rentrer en contact avec un autre robot. Un robot qui ne trouve pas la balle va se replier sur un rôle de défenseur. Les robots ne peuvent, bien entendu, pas quitter le terrain.

Pour repérer la balle et les buts des signaux modulés dans l'infra-rouge vont être utilisés. La balle et les buts ne moduleront pas suivant la même fréquence. Les robots vont devoir se repérer dans le terrain en utilisant un détecteur de couleur et des lignes au sol. Ils peuvent aussi se répérer via un pavage non couvrant du terrain par des cartes RFID.

Dans dispositif les buts sont des objets intelligents capable d'interagir avec la balle et les robots.

Pour 2013/2014, il est juste prévu d'explorer le thème, réaliser des compétitions entre robots autonomes paraissant encore hors d'atteinte. Pour pouvoir tout de même présenter des compétitions entre robots, des équipes réaliseront des robots télécommandés par WiFi. Des compétitions pourront donc avoir lieu mais entre humains, par l'intermédiaire des robots.

Matériel à votre disposition

Legos Mindstorm

Système FoxBoard	Platine Arduino

Les couches basses des robots et des buts seront réalisées à l'aide de Lego MindStorm. Le Lego va permettre de réaliser le chassis des robots avec sa motorisation et d'y installer divers capteurs. Le lego permettra aussi de réaliser les cages des buts avec les émetteurs infra-rouges, le dispositif de test de présence de la balle et le dispositif d'éjection. Il est même possible d'assurer une certaine communication entre robots et buts grâce à la technologie bluetooth intégrée au micro-contrôleur MindStorm. Pour aller plus loin, il est nécessaire d'embarquer un micro-PC de type FoxBoard sur les robots. C'est ce micro-PC qui permettra les acquisitions d'images et c'est à lui qui transmettera au micro-contrôleur du MindStorm les ordres de déplacement ou de lancement de balle. Pour réaliser le signal de repérage des buts, une platine Arduino sera utilisée.

Répartition des tâches

Chaque binôme va se voir affecter une des problématiques décrites dans les sous-sections suivantes.

Cage de but

Une cage de but doit comporter les dispositifs décrits ci-dessous.

• La cage doit émettre un signal infra-rouge pour être facilement repérable par les robots. Pour cela vous partirez de LED infra-rouges et vous modulerez leur alimentation par une platine Arduino pour émettre un signal facilement identifiable. Ajouter quelques LED dans le visible pour mimer la fréquence dans l'infra-rouge ne peut pas nuire.
• La cage doit détecter quand la balle rentre dans la cage en la dirigeant précisement vers un capteur de contact.
• La cage doit signaler un but à l'ensemble des robots en comptétion et à l'autre cage. Elle tient aussi le compte du score.
• Enfin la cage doit pouvoir expulser la balle quand les robots se sont repositionnés sur le terrain pour une nouvelle action.

Elèves	Matériel	Page
Prénom Nom - Prénom Nom	Boite lego MindStorm, LED Infra-rouge, Arduino UNO	Cage de but 1
Prénom Nom - Prénom Nom	Boite lego MindStorm, LED Infra-rouge, Arduino UNO	Cage de but 2

Robots d'attaque

Pour simplifier la conception des robots compétiteurs, les comportements d'attaque et de défense sont séparés. Pour cet atelier, il est demandé de se pencher sur le comportement d'attaque.

Il s'agit du comportement d'un robot lorsqu'il a su repérer la balle.

• Il se dirige vers la balle pour la capturer. Une fois la balle capturée le robot ne se déplace plus en translation.
• Il lance la balle vers le but adverse. Une rotation peut être nécessaire pour l'envoi.

D'un point de vue mécanique certains dispositifs doivent être étudiés.

• Un dispositif de capture de la balle, un simple récupérateur non articulé devrait suffire.
• Un dispositif de lancement. Vous pouvez étudier le lancement en utilisant un servo-moteur ou un dispositif de rotation du robot.

Les capteurs nécessaires à un robot d'attaque sont décrits ci-dessous.

• Le capteur infra-rouge pour se diriger vers la balle et estimer la position du but.
• Le capteur ultra-son pour éviter de percuter les objets (buts et autres robots).
• Un capteur de couleur pour éviter de sortir du terrain.

Elèves	Matériel	Page
Prénom Nom - Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Capteur infra-rouge	Robot d'attaque 1
Prénom Nom - Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Capteur infra-rouge	Robot d'attaque 2

Robot de défense

Le second comportement nécessaire à nos robots compétiteurs est le comportement de défense. C'est le comportement qu'adopte un robot lorsqu'il ne trouve plus la balle dans le doute qu'un autre robot l'ait capturée. Dans ce cas de figure le robot doit se rapprocher de toutes ses roues de son but pour le défendre.

Toute la difficulté de cette tâche consiste à se repérer sur le terrain. Pour cela le robot dispose de plusieurs moyens.

• Il peut repérer par infra-rouge son but.
• Chacune des zones du terrain peut être délimitée par une couleur spécifique à la zone. Le robot peut ainsi se situer dès qu'il tombe sur une ligne.
• Le terrain peut être pavé de cartes RFID. Il suffit d'associer aux identifiants des cartes leur position pour permettre un repérage très précis.

Votre but est d'essayer les différentes méthodes pour pouvoir les tester et les comparer. Il faudra peut être les mixer pour obtenir une méthode efficace dans toutes les situations.

Votre robot doit bien entendu ne jamais sortir du terrain (une partie du robot doit toujours être sur le terrain) et il ne doit pas rentrer dans les obstacles. Vous établirez aussi une règle pour que les robots ne puissent pas totalement obstruer le but.

Les capteurs nécessaires à un robot d'attaque sont décrits ci-dessous.

• Le capteur infra-rouge pour se diriger vers son but.
• Le capteur ultra-son pour éviter de percuter les objets (buts et autres robots).
• Un capteur de couleur pour reconnaître la zone et éviter de sortir du terrain.
•  Un capteur RFID pour lire les cartes RFID de pavage du terrain.

Elèves	Matériel	Page
Prénom Nom - Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Capteur infra-rouge, Module RFID, Cartes RFID	Robot de défense 1
Prénom Nom - Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Capteur infra-rouge, Module RFID, Cartes RFID	Robot de défense 2

Robot téléguidé avec système embarqué

Votre robot doit pouvoir être radio-guidé par un contrôleur. Le dit contrôleur peut diriger le robot au vu de l'image de la webcam embarquée. L'acquisition de la webcam et sa diffusion par WiFi est assuré par un système embarqué FoxBoard. La FoxBoard vous sera livrée configurée mais il faudra l'embarquer dans votre robot avec tous ses accessoires (webcam, module bluetooth, boitier de piles). Un calcul du temps d'autonomie doit être effectué. Dans un premier temps le radio-guidage peut se faire à l'aide du logiciel MindStorm par bluetooth. Dans un second temps il faut étudier la possibilité d'un radio-guidage par WiFi, les ordres étant transmis par un navigateur Web au serveur Web de la FoxBoard puis transmis au micro-contrôleur MindStorm par bluetooth. Vous aurez le choix de programmer votre robot avec le logiciel MindStorm ou avec un langage de bas niveau proche du langage C (voir la page web [1]).

Pour pouvoir utiliser votre robot dans une compétition de balle, il devra comporter un dispositif de lancer de balle commandable lui aussi à distance. Pour cela vous devrez modifier légérement le logiciel installé sur la FoxBoard.

Elèves	Matériel	Page
Prénom Nom - Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Téléphone Android, FoxBoard avec webcam, interface WiFi, convertisseur bluetooth, Boitier piles	Robot téléguidé 1
Prénom Nom - Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Téléphone Android, FoxBoard avec webcam, interface WiFi, convertisseur bluetooth, Boitier piles	Robot téléguidé 2

Intégration des fonctionnalités

Une fois toutes les études terminées et les solutions implantées (sous forme de briques personnalisées par exemple), vous doterez votre robot des fonctionnalités nécessaires à la réalisation de la démonstration finale. Votre robot doit être capable de suivre des marquages discontinus au sol, être capable de communiquer avec les autres robots, être capable de se repérer dans l'espace en repérant des cartes RFID et enfin doit embarquer une FoxBoard avec une connexion WiFi et une webcam.

Les robots peuvent se trouver soit dans un mode autonome soit dans un mode téléguidé. Dans le mode téléguidé, le robot est contrôlé à l'aide d'un téléphone ou d'une tablette Android connecté sur le serveur web de la FoxBoard. Il doit être possible de le faire avancer, reculer ou tourner. Il doit être possible aussi d'obtenir une image de la webcam.

Le comportement en mode autonome est plus complexe :

• le robot tente de suivre un marquage de couleur au sol, ce marquage peut être discontinu, éventuellement la boussole peut être utilisée pour passer en ligne droite d'un marquage à l'autre et pour suivre les marquages ;
• les robots communiquent à leur FoxBoard le dernier tag RFID détecté, la valeur relevée par leur boussole (optionnel) et la voie de garage empruntée (optionnel) ;
• ces informations sont diffusées entre les FoxBoard, elles sont, en particulier, utilisées pour indiquer la position des robots sur une carte ;
• certains robots peuvent utiliser les voies de garage au départ de certains tags RFID, l'utilisateur déclenche l'action via le site web de la FoxBoard, l'action n'est exécutée qu'après la vérification de la disponibilité de la voie.

Matériel	Boite lego MindStorm	Module RFID	Module boussole	Module gyroscope	Téléphone Android	FoxBoard	WebCam	Adaptateur USB/WiFi	Adaptateur BlueTooth	Hub USB	Boitier piles	Piles rechargeables
Nombre	8/8	8/8	8/8	1/8	8/8	8/8	8/8	8/8	8/8	8/8	8/8	100/100

Pour configurer la FoxBoard avec tout le matériel nécessaire, suivez les instructions.

Pour une description du système à obtenir suivez la flèche.

Démonstration finale

Pour la démonstration finale vous tracerez une grande piste comprenant au moins deux voies de garage (voir schéma ci-dessous). Des cartes RFID doivent être disposées en des points précis de chaque parcours. Vous placerez vos robots sur la piste, tous orientés dans le même sens. Il faut vérifier que le suivi du marquage au sol est correct, que les robots savent tenir leurs distances et que les robots savent annoncer leur position grâce aux tags RFID. Faire un test d'utilisation des voies de garage pour les robots possédant cette fonctionnalité.

Voici un exemple de parcours discontinu.

• 

  Parcours discontinu

Notation

Noms	Partie I	Partie II	Rapport Wiki	Soutenance vidéo	Total