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Je sais pas...

Notre aventure pour construire un robot suiveur de ligne

par GIERCKE Patrick Long, LARMANDE Nina, MELLI Allegra

Depuis le moi de janvier, les élèves des classes de troisième A et B travaillent sur leur robot pour gagner le concour de robotique qui aura lieu le 24 mai de 8h30 à 12h30 et remporter la première place.

__1__ De quoi s’agit-il ?

L’objectif de ce concour est de concevoir et réaliser un robot roulant sur une surface dure et lisse, suivant une ligne noire continue en toute autonomie.

Chaque équipe est constituée de 3 ou 4 élèves.

Le robot doit répondre aux contraintes suivantes :

  1. La largeur ne peut pas dépasser les 200mm
  2. Le diamètre des roues ne peut pas dépasser les 68mm
  3. Le robot doit être alimenté par des batteries de 4,5 à 9V
  4. Le robot doit être en énergie et en déplacement pendant l’épreuve ( il ne doit pas nécessiter d’intervention manuelle)
  5. Le robot doit être fabriqué avec des matériaux résistants aux conditions d’utilisation (ici à l’intérieur d’une salle de classe)
  6. Le robot doit être entièrement démontable pour faciliter le recyclage des matériaux.

Le concour comporte 2 classements : le design et l’épreuve de course

Épreuve de design :

  • Le robot doit être original et attrayant
  • Le robot doit obligatoirement posséder une indentification comportant un nom original et/ou un logo de l’équipe qu’il représente.

Épreuve de course :

  • Le robot doit parcourir le plus vite possible un circuit tracé sur une surface dur et lisse d’au plus 20m2
  • Le robot ne doit nécessiter d’aucune intervention manuelle de la part de l’utilisateur
  • Chaque robot doit arrêter sa course de manière autonome, après le passage de la ligne

Une foi le robot sur la piste les seules actions humaines autorisées sont :

  • La mise en route du robot, dans les 3 minutes qui précèdent le départ de chaque manche
  • La notification au robot de l’ordre de départ
  • l’arrêt d’urgence du robot

Les courses opposeront les robots deux par deux. Chaque course sera organisée en deux manches gagnantes. Le gagnant d’une manche est le robot ayant franchi entièrement la ligne d’arrivée

Exemple d’un circuit
Le plan de la piste est présenté ci-dessous à titre indicatif.
La signalétique au sol est composée de 2 bandes noires de 4cm de large, elles-mêmes tracées sur fond blanc.

L’épreuve de course se déroule en 2 étapes :
Une première phase de la compétition opposera les équipes regroupées par des poules tirées au sort.
Les deux premières équipes de chaque poule s’affronteront dans une phase à élimination directe. Des épreuves de classement seront alors organisées.

La sortie de piste entraine la disqualification du robot (pour une manche).

Un temps maximum déterminé à l’issue des essais sera alloué à chaque robot.

L’arbitrage :
Un arbitre sera désigné pour chaque course.
Les équipes peuvent filmer la course de leur robot pour demander un recour en cas de désaccord avec la décision de l’arbitre.

__2__Étapes pour la construction et la programmation de notre robot

Dans notre équipe, nous sommes 3 ; Nina, Patrick et Allegra.
Pour construire notre robot, nous avions déjà une plaquette électronique ainsi que deux autres reliées à cette dernière.
Nous avons commencé par réfléchir à une première idée de ce que pourrait être le design du robot ; une fois cette étape franchie, nous nous sommes répartis les différentes taches afin de faciliter l’avancement du projet.
Patrick s’est occupé de la coque du robot, Allegra de la programmation, et Nina de la construction du robot, comportant, le châssis, les moteurs, et les différents détails techniques auxquels nous avons dû penser.

Pour avoir une idée de l’aspect de notre robot et de ses mesures, nous sommes passés à travers plusieures étapes :

  • la construction et la visualisation virtuelle du robot grâce au logiciel SketchUp
    Le logo de SketchUp
    SketchUp est un logiciel de modélisation 3D, d’animation et de cartographie orienté vers l’architecture. Initialement édité par la société @Last Software (racheté par Google ensuite), ce logiciel se caractérise par des outils simples (rotation, extrusion, déplacement, etc.), qui en font un logiciel de 3D très différent des modeleurs 3D classiques.


    Visualisation virtuelle de notre robot à l’aide de SketchUp
    Vue aérienne

    Visualisation virtuelle de notre robot à l’aide de SketchUp
    Vue de face

    Visualisation virtuelle de notre robot à l’aide de SketchUp
    Vue aérienne (2)
  • la réalisation du dessin défini à sa taille réelle
  • la reproduction de ce dessin en format numérique avec le logiciel Publisher
    Le logo de Publisher
    Microsoft Office Publisher est un logiciel de publication assistée par ordinateur (PAO), édité par Microsoft.
    Il permet de réaliser des documents de communication de qualité semi-professionnelle.
    Il offre de multiples fonctions :
    de création et de mise en forme des documents : multiples assistants, format de mise en page, modèles ;
    d’intégrations multimédia avec images, vidéos, sons et animations.

    , que nous avons ensuite imprimé pour réaliser la maquette en papier du robot

  • la modélisation du robot en 3D, toujours avec SketchUp

La coque du robot, Patrick l’a faite avec le logiciel GCFAO et la fraiseuse électrique que nous appelons amicalement Charly.
C’est une machine-outil dotée d’une commande numérique . Lorsque la commande numérique est assurée par un ordinateur, on parle parfois de machine CNC pour computer numerical command, en français « commande numérique par calculateur »

Une machine à commande numérique, ça sert à quoi ?
Cette machine permet d’usiner (enlever de la matière) des pièces selon 3 axes ; à différence de la perceuse, qui est également une machine-outil qui usine selon 1 seul axe verticale

Quel est son intérêt ?
La machine à commande numérique permet d’usiner des formes complexes, et avec une énorme précision.

hyperlien : https://www.youtube.com/watch?v=rOi7KCdF2sE
( voici une machine à commande numérique un peu plus grande que la normale, pour usiner des pieces plus grandes.)

Notre machine Charly

La programmation du robot roulant a été faite avec le logiciel SP2 for Scratch

Le logo de Scratch

Hyperlien : https://scratch.mit.edu/

Qu’est-ce que Scratch ?
Avec Scratch, vous pouvez programmer vos propres histoires interactives, jeux et animations - et partager vos créations avec d’autres dans la communauté en ligne.
Scratch aide les jeunes à apprendre à penser de façon créative, à raisonner systématiquement et à travailler de manière collaborative — des compétences essentielles pour vivre au 21e siècle.

Exemple d’un programme réalisable avec Scratch

Qu’est-ce que SP2 for Scratch ?
S2P est une application gratuite d’assistance pour Scratch qui développe les fonctionnalités de Scratch en nous permettant de simuler et de programmer des projets de micro-contrôleurs PICAXE à partir de Scratch 2. Elle a donc des blocs spécifiques pour programmer la plaquette électronique.

Exemple d’un programme réalisable avec SP2 for Scratch
Les blocs en noir sont des blocs spécifiques utilisés pour programmer un robot équipé d’une plaquette électronique PICAXE

Comment ça marche ?

Nous devons tout d’abord connecter le câble de programmation PICAXE AXE027 à l’ordinateur.

Pour créer notre programme...
...nous avons fait des essais avec un robot suiveur de ligne déjà monté. Cela se faisait de la même manière que pour notre robot mais on devait remplacer certain capteurs qui étaient différents de ceux de notre robot

Ensuite nous lançons le logiciel SP2 for Scratch,

Fenêtre du logiciel SP2 for Scratch
  • on sélectionne le microcontrôleurs utilisé (ici PICAXE 18M2)
  • on sélectionne dans la liste COM port le port COM correspondant au câble de programmation PICAXE AXE027 (ici COM4)
  • on sélectionne la bibliothèque d’instructions PICAXE qui sera utilisée dans Scratch (ici picaxe-18m2.sb2)
  • on clique sur Open

Dès que nous sommes sûrs du programme, nous le téléchargeons et nous le testons.
Cela nous a pris quelques semaines avant de réussir à créer un programme dont nous étions à peu-près convaincus et qui respectait les contraintes imposées au début, bien qu’avec quelques imperfections.
Notre programme Scratch

__3__Le déroulemet du concour

Le concours c’est très bien passé, nous avions choisi pour notre robot le nom de « je sais pas ». D’où vient ce nom ? Nous ne savons pas... Jamais nous ne saurons...
Pendant la première demi-heure, nous avons procédé aux dernières vérifications et aux réglages techniques et malheureusement nous avons eu un problème avec la coque du robot qui n’avait pas les bonnes dimensions.
Un membre de notre groupe à été choisi pour être l’un des deux jury de 3emeB dans la catégorie design.
Notre robot, quand à lui, fut éliminer au second tour de la catégorie « course ». Dans la catégorie « design » il a obtenu un score de 23 sur 50, et a donc été placé en 5e position.

Notre robot pendant la course (2)

Notre robot pendant la course (2)


Notre robot finalisé

Notre équipe