BE 2014-2015

Objectif à atteindre

Le contexte de ce bureau d'études est un jeu de balle. Deux robots se font face sur un terrain (voir ci-dessous), doivent repérer la balle et la propulser dans le but adverse.

Les robots ne sont pas les seuls acteurs dans ce jeu. Les buts ont aussi un rôle à assurer, un dispositif de remise de la balle au centre est nécessaire ainsi qu'un arbitre.

Les différents différents rôles des acteurs sont décrits ci-après.

• Les buts doivent s'annoncer aux robots par infra-rouge. Les buts doivent disposer d'un mécanisme capable de capturer la balle dès qu'elle rentre dans la cage. L'évenement "but marqué" est alors envoyé à l'arbitre. Sur commande de l'arbitre, le but relance la balle vers le centre du terrain.
• Le rôle principal de l'arbitre est de communiquer avec les autres acteurs (robots et buts). Quand un but est marqué, l'arbitre met le score à jour. Ce score est affiché sur des afficheurs dédiés. C'est aussi l'arbitre qui commande la remise au centre de la balle. Enfin l'arbitre ordonne aux robots de se placer et leur indique quand ils peuvent jouer une manche.
• Le dispositif de remise au centre de la balle est un robot qui capture la balle et va la déposer au point d'engagement en se repérant sur les marques au sol. Ce robot opère lorsque l'arbitre le demande et prévient l'arbitre lorsque la tâche est réalisée.
• Les robots ont comme tâche principale de s'approcher de la balle et de la lancer vers le but adverse. Les robots ne peuvent avancer que s'ils ne détectent pas d'obstacle à faible distance. Un robot ne repérant plus la balle peut se replier devant son but pour le bloquer. Un robot de jeu ne peut pas sortir du terrain.

Pour que les robots puissent différencier les buts de la balle, les buts font clignoter leurs LEDs infrarouges suivant un code pré-établi.

Les communications entre les acteurs s'effectuent par bluetooth. Les robots et les buts s'apparient avec l'arbitre et ne communiquent qu'avec lui. Votre premier travail consiste à analyser toutes les informations contenues dans cette page et à établir un schéma des communications qui doivent avoir lieu durant un jeu complet.

Matériel à votre disposition

Legos Mindstorm

Système pcDuino1	AVR attiny85

Les robots et les buts doivent être 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 permet aussi de réaliser les cages des buts, leur dispositif de capture de la balle et leur dispositif d'éjection.

La communication des robots et des buts vers l'arbitre doit se faire grâce à la technologie bluetooth intégrée au micro-contrôleur MindStorm.

Pour la localisation des buts, des balises doivent être construites à base de LEDs infra-rouges modulées à l'aide d'une fréquence compatible avec les détecteurs des robots. Vous réaliserez un petit circuit électronique à base de micro-contrôleur AVR tiny85.

Pour l'arbitre un système embarqué de type pcDuino est nécessaire. Doit lui être adjoint un adaptateur USB bluetooth pour permettre la communication avec les contrôleurs MindStorm. Les afficheurs seront réalisés à partir de platines séries contrôlant des afficheurs 7 segments. Ces platines peuvent être contrôlées via le bus SPI du pcDuino.

Pour la programmation des micro-contrôleurs MindStorm, vous pouvez utiliser le logiciel graphique fourni mais vous êtes encouragés à tester le langage NXC (Not eXactly C) qui permet d'écrire efficacement des programmes plus conséquents.

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.
• 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'arbitre.
• Enfin la cage doit pouvoir expulser la balle quand l'arbitre le demande.

Il existe des sites Web décrivant des montages électroniques pour réaliser une balise infra-rouge. Votre balise doit pouvoir alterner des séquences d'émission et d'arrêt de période déterminée pour permettre de différencier les buts. Pour aller plus loin, prévoyez une LED classique pour indiquer les période d'émission et d'arrêt ainsi qu'un bouton pour sélectionner la durée en seconde des périodes d'arrêt. Enfin concevez un circuit imprimé pour votre montage.

Elèves	Matériel	Page
Prénom Nom / Prénom Nom	Boite Lego MindStorm, LEDs infra-rouge, AVR attiny85, Composants électroniques pour balise	Cage de but 1
Prénom Nom / Prénom Nom	Boite Lego MindStorm, LEDs infra-rouge, AVR attiny85, Composants électroniques pour balise	Cage de but 2

Robots de compétition

Lorsque qu'un robot de compétition a repéré la balle, il effectue les actions suivantes.

• 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 considérer le lancement par gravité, en utilisant un servo-moteur ou en utilisant la force centrifuge.

Si le robot ne trouve pas la balle, il peut considérer qu'elle est en possession d'un robot adverse. Dans ce cas, le robot doit se rapprocher de toutes ses roues de son but pour en bloquer l'accès.

En aucun cas, le robot ne doit quitter l'aire de jeu.

Les capteurs nécessaires à un robot de compétition 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 de compétition 1
Prénom Nom / Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Capteur infra-rouge	Robot de compétition 2

Arbitre

Afficheurs 7 segments

L'arbitre est réalisé à partir d'un système embarqué de type pcDuino. Les différentes tâches à réaliser sont décrites ci-dessous.

• Utiliser le bus SPI du pcDuino pour contrôler l'afficheur 7 segments.
• Etablir la communication bluetooth avec les robots et les buts, vous pouvez vous baser sur les [sources C] déjà développées les années précédentes.
• Implanter l'algorithme d'arbitrage décrit ci-après.
  • demander aux cages de but d'éjecter la balle ;
  • demander au ramasseur de balle d'opérer, revenir au premier point en cas d'échec du ramasseur ;
  • demander aux robots de lancer la partie après que le ramasseur de balle ait terminé son travail ;
  • attendre l'événement "but marqué" pour mettre à jour le score, revenir au premier point ;
  • en cas d'attente trop longue, revenir au premier point.

Elèves	Matériel	Page
Prénom Nom / Prénom Nom	pcDuino, Adaptateur USB/bluetooth, Afficheurs 7 segments	Arbitre 1

Robot ramasseur de balle

Le robot ramasseur de balle doit réaliser les actions décrites ci-dessous.

• Trouver la balle, se diriger vers elle et la capturer.
• Trouver le but le plus éloigné et se diriger vers lui.
• S'arrêter sur la première ligne médiane détectée.
• Suivre la ligne dans un sens, si la frontière du terrain est détectée inverser le sens de parcours.
• S'arrêter sur la marque de centre de terrain, relacher la balle.
• Prévenir l'arbitre.
• Retourner sur sa base.

Le robot ramasseur de balle se met en marche quand l'arbitre lui demande.

Elèves	Matériel	Page
Prénom Nom / Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Capteur infra-rouge	Robot ramasseur de balle 1
Prénom Nom / Prénom Nom	Boite lego MindStorm, Capteur infra-rouge	Robot ramasseur de balle 2

Interaction entre les acteurs

Constituez un groupe complet d'acteurs avec 2 cages de buts, 2 robots de compétition, un robot de ramassage de balle et un arbitre. Vérifiez que le match se déroule correctement.

Notation

Noms	Rapport Wiki	Soutenance vidéo	Total