robot suiveur de ligne - iut de...

Robot Suiveur de Ligne

Projet ERS1

Année 2018-2019

V4.4

Jacques André

Anne Martin

Groupe CD

IUT de Nîmes

Département Génie Électrique & Informatique Industrielle

Correcteurs : Gérard Gervois

Frédéric Giamarchi

ER S1 Projet : Robot Suiveur de Ligne

IUT de Nîmes Département GEII page 2

Sommaire Présentation ............................................................................................................................................ 3

La robotique mobile ............................................................................................................................ 4

Cahier des charges............................................................................................................................... 5

Organisation ........................................................................................................................................ 6

Planning ............................................................................................................................................... 6

Étude du montage ................................................................................................................................... 7

Principe d'un robot Suiveur de Ligne .................................................................................................. 7

Étude des différentes fonctions .......................................................................................................... 7

Schéma complet ................................................................................................................................ 13

C.A.O. Conception assisté par ordinateur ........................................................................................ 14

Saisie de schéma ............................................................................................................................... 14

Routage de la carte ........................................................................................................................... 14

Fabrication ............................................................................................................................................. 16

Outillage ............................................................................................................................................ 16

Fiches techniques .............................................................................................................................. 17

Bilan ....................................................................................................................................................... 21

Résultats ............................................................................................................................................ 21

Projection .......................................................................................................................................... 21

Conclusions personnelles ...................................................................................................................... 22

Bibliographie.......................................................................................................................................... 23

Annexes ................................................................................................................................................. 24

Composants ....................................................................................................................................... 24



Présentation Le module Études et Réalisations permet aux étudiants en IUT Génie Électrique et

Informatique Industrielle de découvrir l'Apprentissage par Projets et Problèmes. Un projet

consiste à étudier et réaliser un montage. Ce document est une trame pour commencer à

étudier un montage électronique de A à Z.

Après une présentation du montage, ses applications, celui-ci est entièrement étudié et

dimensionné. Par la suite, le schéma et la carte électronique (circuit imprimé) sont dessinés.

Enfin, la fabrication du montage est réalisée et testée.

Un document (rapport de stage) est rédigé permettant de garder une trace de travail effectué.

Ce document en est la trame.

Vous devrez le compléter au fur et à mesure des séances.

Les arènes de Nîmes



La robotique mobile

Rédigez un texte relatant l'état de l'art en robotique actuellement.

Histoire, fiction, réalité et futur de la robotique.



Cahier des charges

Il s'agit de réaliser une carte électronique pour compléter un robot suiveur de ligne et

participer à une compétition interne. Les robots les plus rapides seront récompensés.

2 capteurs

2 moteurs

1 pile 9V

1 châssis

Utilisation de composants simples (Résistances, Condensateurs, Diodes, Dels,

Transistors)

Pas de microcontrôleur

…



Organisation

Le projet doit se dérouler sur 7 séances de 4h. Une séance peut être décomposée en 2 parties

ou s'associée à une autre séance pour une étude de durée supérieure à 4h.

1ère séance : Présentation du projet et étude détaillée du montage

2ème séance : Étude détaillée du montage – Choix des valeurs des composants

3ème séance : Présentation du logiciel Eagle - Dessin du schéma du montage et

création d'un composant

4ème séance : Découverte de l'éditeur Board (Eagle)

5ème séance : Suite dessin des pistes du montage

6ème séance : Fabrication de la carte électronique

7ème séance : Test de la carte électronique avec tableau de mesures

Planning

Le planning permet de visualiser les diverses tâches réparties dans le temps. Il est défini par

les délais imposés et la durée des diverses tâches.



Étude du montage Le montage est décomposé en plusieurs fonctions qui sont étudiées séparément. On peut

supposer dans un premier temps que chaque fonction est totalement indépendante des

autres.

Principe d'un robot Suiveur de Ligne

Étude des différentes fonctions Le montage comporte plusieurs éléments qui ensemble constitue le robot mobile suiveur de ligne.

Chaque élément est une fonction principale (FPx)qui est, soit mécanique, soit électronique, soit

mixte. Chaque fonction principale peut-être décomposée en plusieurs sous fonctions appelées

fonctions secondaires (FSxy). Nous ne traiterons que les parties qui comportent des éléments

électriques.

FP1 - Le châssis

Le châssis correspond à la structure mécanique principale. Il est réalisé par un circuit imprimé. Cela

lui permet de supporter le circuit électrique d'alimentation et aussi celui des deux moteurs.

L'ensemble des signaux étant disponible sur un connecteur à 6 points.



FP2 - Le détecteur de ligne

Le détecteur de ligne est un montage qui utilise trois capteurs optiques à réflexion. Mais dans le

cadre du 1er semestre, nous utiliserons seulement les 2 capteurs extérieurs.

La connectique

La connectique permet de relier les divers éléments entre eux. On utilise des connecteurs normalisés

et des fils électriques. Certaines liaisons sont particulières, c'est le cas de la connexion électrique

entre la carte châssis et la carte contrôleur. Un connecteur mâle de la carte contrôleur vient

s'enficher dans le connecteur femelle de la carte châssis.

C'est une contrainte importante lors du dessin de la carte contrôleur.



FP3 – La carte de gestion

Cette fonction réalise la gestion du mobile. Elle regroupe les fonctions secondaires de gestion de

l'énergie, de lecture des capteurs, de traitement des informations et de commande des moteurs.

FS31 – Le connecteur de Puissance

FS32 - Mise en œuvre des capteurs de ligne

Calcul des éléments :

Cette fonction comprend 3 résistances qui doivent être dimensionnées. Nous utiliserons la loi d'Ohm

et la loi des mailles pour choisir leur valeur.

Calcul de R1 :

Calcul de R2, R3 :

Remarques :

La réalisation d’une petite maquette de test permet de vérifier ces résultats



FS33 - Contrôle des moteurs

Il faut étudier le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel suivant les valeurs des

signaux d'entrée. Ensuite il faut calculer la valeur des résistances R5 et R6 dans chaque

branche en sortie en fonction de la couleur des Dels rouge et verte. Et il faut dimensionner la

résistance variable RV1.

Calcul de R4, R5 :

Calcul de RV1 :

Calcul de C3 :



FS34 - Interface des moteurs

Il faut étudier le rôle du transistor, de la diode et de la résistance R7. Puis il faut

dimensionner ces 3 composants.

Choix des transistors T1, T2 :

Calcul de R6, R7 :

Calcul des diodes de roue libre D3, D4 :



FS35 - Variateur de vitesse

Cette fonction permet d'obtenir une tension pour les moteurs, plus basse que la tension

d'entrée. Cette tension plus basse permettra de régler la vitesse maximale des moteurs.

La valeur de la tension sur l'émetteur du transistor est définie en fonction de la valeur de la

résistance ajustable RV2. Quelle sera cette valeur de tension sur le curseur de la résistance

ajustable est à mi-course ?

Calcul de R8 :

Choix pour T3 et T4 :

Calcul de RV2 :

Calcul de C1, C2 :



Schéma complet

Compléter le schéma avec les valeurs calculées dans les paragraphes précédents.



C.A.O. Conception assisté par ordinateur Il n'est plus concevable de réaliser un projet électronique sans dessiner proprement son

schéma structurel. Pour cela, il existe plusieurs logiciels plus ou moins professionnels. Parmi

ceux-ci, le logiciel Eagle de la société Autocad est un des plus utilisés dans l'industrie. Une

version gratuite est disponible permettant d'utiliser ce produit avec très peu de contraintes

pour un débutant. Il a été élu meilleur logiciel électronique plusieurs fois depuis 2000.

Saisie de schéma Dessiner un schéma électronique avec un logiciel spécialisé demande quelques précautions

élémentaires et un peu de rigueur afin de suivre les diverses étapes.

Voici une liste des opérations à faire dans l'ordre pour un débutant. Mais après quelques schémas, on

pourra les adapter à sa guise.

1. Placer la grille au format 1/10 de pouce (inch) Grid

2. Placer un cadre au format A4 paysage Add

3. Sauvegarder votre schéma avec un nom explicite Save

4. Placer un exemplaire de tous les composants nécessaires

5. Regrouper les composants de chaque fonction Move

6. Dessiner les liaisons électriques Net

7. Dessiner des liaisons implicites Net , Label et Name

8. Donner des valeurs aux composants passifs Value

9. Faire un test électrique et corriger les erreurs et les warnings Erc

10. Utiliser des outils graphiques pour améliorer la présentation Line et Text

11. Générer des fichiers images *.png pour chacune de vos fonctions File/Export/Image

Les diverses fonctions

Les différentes fonctions sont dessinées et nommées. La fonction principale est associée à la troisième

carte électronique FP3. Elle regroupe les fonctions secondaires FS31, FS32, FS33, FS34 et FS35.

Routage de la carte Router une carte électronique consiste à dessiner les liaisons électriques entre les composants.



Cette activité est loin d'être évidente même pour un électronicien. En plus des connaissances

élémentaires en électronique, elle nécessite des connaissances sur la technologie des composants,

leurs boitiers ou encore sur les pistes dessinées.

Voici une liste des opérations à faire dans l'ordre pour un débutant.

1. Basculer du schéma vers le circuit (Board)

2. Sélectionner les couches à afficher Display

Supprimer 22, 24, 26, 27, 28 et 52

3. Placer la grille au format 50 mil (50 milli inch) Grid

4. Grouper les composants pour les déplacer ensemble dans le cadre Group

5. Redimensionner la taille du circuit imprimé en fonction du design du projet.

6. Placer cote à cote sur l'écran le schéma et le board.

7. Déplacer et regrouper les composants appartenant à une fonction secondaire. Show

8. Par fonction secondaire, déplacer et tourner les composants afin que les fils ne se croisent

plus. Il ne doit y avoir aucun composant sur les bords.

9. Tracer un polygone autour du circuit afin de créer un plan de masse Polygon

Le plan de masse a un rôle électrique essentiel, mais permet aussi de se simplifier le routage,

en réalisant les liaisons vers la masse de façon automatique.

10. Tracer manuellement les pistes entre les composants sur la couche 16 (Bottom) Route

Il ne doit y avoir aucune piste sur les bords. Si vous devez placer un strap, il doit être vertical

ou horizontal et le plus court possible.

11. Ajouter un texte sur chaque face cuivrée (votre nom en Size 100 et ratio 12%).

12. Sélectionner les couches pour exporter le dessin du circuit imprimé Display

Supprimer toutes les couches et sélectionner 16, 17, 18 et 20



Fabrication La phase de réalisation du projet fait appel à un outillage spécifique associé à des procédures de

soudure et de test. La fabrication du circuit imprimé est une phase réalisée de plus en plus à l'extérieur

des entreprises par des sociétés spécialisées. Sur notre département, un technicien est responsable de

cette fabrication très technique.

Outillage Le fer à souder est un outil indispensable.

La pince coupante est aussi un outil très utile.

Une pince plate sert à tenir les composants.

La pince à dénuder est utile pour préparer les fils.

La pompe à dessouder permet de réparer des erreurs

Un jeu de petits tournevis (plat, cruciforme).

Un multimètre pour réaliser les premiers tests.



Fiches techniques Une fiche technique est un document d'aide pour une tâche donnée.

La fiche de commande permet de lister les éléments nécessaires au montage. Elle permet de rédiger

un bon de commande auprès d'un fournisseur de composants.

La fiche de fabrication permet de placer et de souder les composants sur la carte. Ce document

regroupe sur deux pages, le schéma du montage avec la position des diverses fonctions au recto et le

circuit imprimé et le dessin d'implantation des composants avec la liste des composants au verso.

La fiche de test permet de vérifier la carte en suivant une procédure et de proposer une méthode en

cas de panne. Ce document donne des procédures de test pour divers points de la carte avec un

tableau des valeurs théoriques calculées lors de l'étude et des cases vides qui doivent être remplies

pendant la phase de test. Les différences doivent être indiquées. Si l'un des tests échoue, il faut trouver

le défaut et proposer une réparation de la carte. C'est une phase de maintenance.



Fiche de commande

La fiche de commande est la liste des composants. Si les composants ne sont pas disponibles dans le

stock de votre société, alors ils doivent être commandés auprès d'un fournisseur. Dans ce dernier cas,

cette liste sera complétée avec les références des composants chez le fournisseur choisi et le prix

unitaire, par ligne et total.

Liste des composants (exemple)

Résistances 1 1kΩ 1/4W (marron, noir, rouge, or) 1 4,7kΩ ajustable horizontal Condensateurs 1 100µF/16V Radial 1 47nF Radial Semi-conducteurs 1 DEL Rouge 5mm 1 Zener 5,6V DO 34

2 BC635 TO92 Divers 1 Conn 2x05 Barrette sécable male 1 Bouton poussoir vertical 1 support DIL 08 2 Contact Pile 9V 1 Circuit imprimé réf : IU_7xx



Fiche de fabrication

Schéma

Explication

Réalisation

Liste des opérations pour préparer le circuit imprimé à recevoir les composants.

Ordre d'implantation des composants pour soudure.

Plan d'implantation

Nomenclature

R1 100Ω (Marron, Noir, Marron, Or) 1/4W R2, R3 R4, R5 R6, R7 R8 RV1, RV2 K1 Conn 1x06 Barrette sécable male K2 Conn 1x05 Barrette sécable male Divers support DIL 08

C1, C2 100µF/16V Radial C3 100nF Radial CI1 LM358 DIP-08 D1, D5 Del Rouge 5mm D2 Del Verte 5mm D3, D4 1N5819 T1, T2, T3 BC635 TO 92 T4 PN2222 TO 92



Détails de fabrication

Liste des opérations pour préparer le circuit imprimé à recevoir les composants.

Découpe de la carte aux dimensions exactes du dessin. Perçage en 0,8mm puis en 1mm sur les

connecteurs et les résistances ajustables.

Ordre d'implantation des composants pour soudure.

Souder les composants de plus bas profil en premier: straps, résistances, diodes 1N5819, puis

connecteurs, support de circuit intégré, résistances variables, condensateurs, pour finir par les semi-

conducteurs plus fragiles, Dels et transistors.

Fiche de tests

Ce document donne des procédures de test pour divers points de la carte avec un tableau des valeurs

théoriques calculées lors de l'étude et des cases vides qui doivent être remplies pendant la phase de

test. La colonne "Note" permet de valider ou pas le test.

Si l'un des tests échoue, il faut trouver le défaut et proposer une réparation de la carte. C'est une phase

de maintenance. Avant ces tests, la carte ne doit pas présenter de court-circuits sur K1 et le sens

d'implantation des composants aura été vérifié lors de la phase précédente.

Tableau de mesures

Le tableau suivant permet de relever les mesures obtenues sur les broches du support du circuit

intégré en son absence.

Point de mesure Nom Valeur théorique Mesure relevée Note

CI1 : broche 1 SG

CI1 : broche 2 EG

CI1 : broche 3 RV1

CI1 : broche 4 Masse

CI1 : broche 5 RV1

CI1 : broche 6 ED

CI1 : broche 7 SD

CI1 : broche 8 Vcc

D3, D4 : Cathode +U Mot

Test fonctionnement

Placer le LM358 sur son support. Le tableau suivant résume le fonctionnement du montage suivant

les divers modes.

Mode Mise en œuvre Observation Note

Robot centré Capteurs centrés

Robot à droite Capteur gauche

Robot à gauche Capteurs droit

Maintenance

Le dépannage du montage doit commencer dès le premier défaut observé.

Une valeur de tension très différente de celle prévue indique un court-circuit (pont de soudure) ou un

circuit ouvert (mauvaise soudure).



Bilan

Résultats Le principe est intéressant du point de vue pédagogique, mais limité du point de vue performance.

Projection L'évolution logique de ce montage est sa version programmable qui doit être étudiée au 2nd semestre.



Conclusions personnelles En termes de ressources humaines, une absence sur une des premières séances (saisie de schéma ou

routage) est difficilement rattrapable sans l'aide d'une personne présente ayant bien noté le travail à

faire.



Bibliographie

perso.iut-nimes.fr/fgiamarchi/ Site de plusieurs documents utiles

robot-sumo.fr : Site du tournoi de robotique nîmois – Règlement des robots

suiveurs de ligne.

Eagle 9.1 : Logiciel de dessin de circuits imprimés

Google Doc : Logiciel de traitement de texte en ligne

Google Drive : Site de stockage de fichiers en ligne



Annexes Les annexes regroupent les éléments qui sont nécessaires au montage. Mais dont il serait trop long

de donner toutes leurs caractéristiques. On complétera cette partie en fonction des besoins.

Composants

Résistance :

Loi d'ohm, code des couleurs, puissance

Condensateur :

Technologie, marquage, tension

Diode :

Technologie, Del, puissance

Transistor :

Amplificateur Opérationnel :

LM358



Capteur optique :

CNY70

Régulateur

Plaque d'essai :

robot suiveur de ligne - iut de...

Documents