IMA4 2018/2019 P42

Présentation générale

Nom du projet : Coupe de robotique des écoles primaires

Élèves : Thibault LEPOIVRE, Pierre FRISON

Encadrant : Emmanuelle PICHONAT

Description

Cette année, pour notre projet de filière IMA (Informatique Microélectronique et Automatique) de l'école Polytech Lille nous avons décidé de travailler à la mise en place de la Coupe de Robotique des Écoles Primaires (CREP). Dans ce but, notre travail sera découpé en plusieurs parties :

• Organisation et participation aux interventions.

• Réalisation d'un robot et d'une piste répondant au cahier des charges de la CREP avec des solutions utilisées dans le milieu professionnel et dans le cadre de notre formation.

• Organisation de la journée CREP.

Dans ce wiki vous trouverez l'avancée détaillée de nos travaux.

Objectifs

Dans le cadre de l'organisation des interventions nous devrons :

• Communiquer avec l'inspectrice de la circonscription de Lambersart (Mme François) et son Enseignant Référent pour les Usages Numériques (E-RUN) (M. Bourkache).

• Intervenir dans les douze écoles qui participent à la CREP. Avec deux interventions dans chacune des écoles.

Pour la partie technique de ce projet, notre robot et notre piste devront, en plus de répondre au cahier des charges de la CREP imposé aux écoles, offrir un véritable divertissement à présenter aux enfants le jour de la CREP.

Notre robot devra être capable de respecter le cahier des charges imposé par la CREP :

• Suivre un scénario prédéfini par nos choix (dans notre cahier des charges) dans un milieu proche du monde des maraîchers.

• S’arrêter devant un objet du décor et l'admirer.

• Déplacer un objet du décor.

• Faire une marche arrière.

• Esquiver un ou plusieurs objets ou personne en mouvement.

Notre piste devra respecter une certaine architecture :

• Posséder un triangle isocèle collé à triangle équilatéral avec un coté de même longueur et un parallélogramme.

• Avoir trois volumes différents pouvant faire partis du décor.

• Et sera limitée en surface : de 4 à 6 m², en largeur < 2 m, en longueur < 3 m et en hauteur < 1 m.

Pour finir, la journée CREP s'organisera afin de répondre aux objectifs suivant :

• Chaque école aura 20 minutes de présentation comprise dans un amphithéâtre de 1H30: 10 minutes de présentation de la piste, de l'histoire, du code et 10 minutes de défi (réalisation du cahier des charges).

• Chaque école pourra découvrir la vie associative de Polytech Lille au travers des activités organisés par différents clubs.

• Les élèves pourront aussi découvrir les divers domaines abordés à Polytech Lille (agro-alimentaire, matériaux, etc).

Analyse du projet

Positionnement par rapport à l'existant

Du côté des interventions, de multiples entreprises proposent déjà des activités dans les écoles pour faire découvrir aux enfants divers domaines.

Du côté de la visite, les grandes écoles (comme Polytech) ouvrent déjà leur portes au public. Cependant, ces visites ne sont généralement pas adaptées à un publique aussi jeune et les clubs ne sont pas présentés.

Aussi, un intérêt majeur de la CREP est la réalisation, par les écoles, d'un défi qui les suivra tout au long de l'année, offrant ainsi l'occasion aux enseignants de grouper plusieurs matières autour d'une seule thématique, rendant le tout plus ludique.

Analyse du premier concurrent

Notre premier concurrent est la société "Bricks 4 Kidz". L'entreprise propose des activités centrées sur la robotique aux enfants entre 5 et 13 ans. L'entreprise propose ces activités pendant les vacances scolaire ou sur demande (e.g. pour un anniversaire) aux particuliers, et intervient aussi dans les écoles primaires.

Le concept est assez similaire à celui de la CREP : faire découvrir aux enfants le monde de la robotique d'une manière ludique. Parmi les différences, on peut compter la visite de Polytech et ses Clubs, ainsi qu'un défi à réalisé par les écoles tout au long de leur année scolaire.

Analyse du second concurrent

Notre second concurrent est "Les savants fous". Tout comme "Bricks 4 Kidz", l'entreprise propose des activités aux enfants de 5 à 12 ans, mais est plus axé sur les sciences générales que sur la robotique.

De par ses différences avec la CREP (pas de visite de l'école, axée sur les sciences plutôt que sur la robotique), "Les savants fous" sont des concourants relativement éloignés.

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

La CREP a déjà plusieurs années d’existences (de 2014 à nos jours). Elle permettait aux écoles volontaires d'initier ses élèves à la robotique et de visiter notre école d'ingénieurs.

Cette année, nous aimerions montrer aux enfants la réalisation du cahier des charges, qu'ils auront respecté, par des élèves ingénieurs avec des contraintes supplémentaires :

• La piste sera robotisée.

• Le robot et la piste communiqueront pour déclencher des événements.

• La position du robot sur la piste sera affichée sur un écran.

Réponse à la question difficile

Question : Est-ce nécessaire d'avoir une piste intelligente ?

Non : avec la connexion au robot, la piste n'aura pas besoin d'être complètement autonome. Du coup, la piste ne comportera pas de capteur. De ce fait, le robot devra connaître sa position en permanence afin de pouvoir déclencher les événements liés à la piste.

Préparation du projet

Cahier des charges

Ébauche pour déterminer les dimensions de la piste

Ébauche pour déterminer les dimensions du robot vu de devant

Après avoir étudié plusieurs scénarios (Minecraft, à bord d'une station spatiale ...), nous avons décidé de réaliser le scénario "à bord d'une station spatiale". Comme précisé dans les objectifs, notre cahier des charges se décompose en deux parties : la piste et le robot.

Pour le robot :

• Devra avoir une forme de 'U' inversé afin de pouvoir parcourir les parcelles et les arroser par le dessus.

• Posséder un bumper robotisé pouvant s'abaisser et pousser la caisse de fruits que l'on souhaite déplacer.

• Devra connaître sa position sur la piste en temps réel.

• Devra se déplacer avec une importante précision.

• Être esthétique.

Pour la piste :

• Comportera plusieurs jeux lumineux afin de nous plonger dans un univers spatial.

• Comportera 3 portes motorisées reliant les différentes pièces de la station.

• Les trois solides seront fabriqués en plexiglas, indépendant et décorés de façon électronique.

• Au vue de la charge de travail déjà présente, l'esquive de l'usager se déplaçant sur la piste sera optionnelle.

• Afin que notre piste et notre robot correspondent à un univers spatial, notre piste ne comportera malheureusement pas de parcelles triangulaires.

Choix techniques : matériel et logiciel

Au niveau du matériel, notre projet requière :

• 80 LEDs bleus [1]
• 80 LEDs rouges [2]
• 80 LEDs blanches [3]
• 10 contrôleur à LED (TLC5947DAP) [4]
• 6 interrupteurs [5]
• 4 servomoteurs (SG92R) [6]
• 2 cartes Arduino Mega [7]
• 2 modules Bluetooth (MH-10) [8]
• 2 moteurs pas-à-pas (SY35ST26-0284A) [9]
• 2 contrôleurs moteur (DRV8825) [10]
• 2 roulettes à bille [11]
• 1 paire de roues en caoutchouc [12]
• 1 bloc de 4 piles AA [13]
• Environ 7 m² de contreplaqué (à acheter en magasin pour demander une coupe aux bonnes dimensions)
• Du plexiglas

Au niveau des logiciels, nous pensons utiliser :

• PaintDotNet pour la création des textures de la piste
• Solidworks pour la modélisation des objets en 3D (châssis du robot, décorations...)
• Inkscape pour d'éventuels découpages à la découpeuse laser

Liste des tâches à effectuer

Nos tâches, à effectuer vont se diviser en deux parties, tout d'abord le design de notre robot et notre piste, puis la programmation de ces derniers.

Tout d'abord le robot :

• Modélisation 3D du châssis du robot en "U" inversé et réalisation.

• Montage et câblage du robot (assemblage moteur, roue, ...).

• Modélisation, impression et assemblage du bumper.

Ensuite la piste :

• Modélisation 3D des jointures des plaques de contreplaqué et impression.

• Teste et assemblage des plaques entre-elles.

• Réalisation du circuit leds et implémentation sur la piste.

• Design des portes et fabrication.

Pour finir pour la programmation :

• Programmation du robot afin de parcourir la piste.

• Programmation de la piste : jeux de lumière et ouverture des portes.

• Communication de la position du robot à un serveur web afin de l'afficher par vidéo, si le temps nous le permet.

Calendrier prévisionnel

Réalisation du Projet

Feuille d'heures

Tâche	Prélude	Heures S1	Heures S2	Heures S3	Heures S4	Heures S5	Heures S6	Heures S7	Heures S8	Heures S9	Heures S10	Total
Analyse du projet	10	0
Modélisation du robot	0	4
Modélisation piste	0	4
Modélisation jointures	0	2

Semaine 1

Cette semaine, nous nous sommes attardé à la modélisation de la piste et du robot en 3D.

Le robot ayant des dimensions raisonnables, il est possible d'imprimer son châssis avec une imprimante 3D du Fabricarium. Pour la modélisation, nous avons choisi le logiciel Solidworks car il permet, en plus de sa simplicité d'utilisation, de réaliser les composants (moteurs, roues, cartes électroniques, etc.) pour pouvoir construire un assemblage final et ainsi éviter les erreurs de dimensionnement en plus de nous obliger à prévoir des moyens de fixation. Voici le résultat de cette séance : (Notes : les nouvelle dimensions du robot sont les suivantes : 132x150x100 mm (lxLxh))

Pour les prochaines séances, il restera à :

• Fixer les roues folles à l'arrière
• Dessiner le bumper à l'avant
• Prévoir un compartiment pour l'électronique
• Finaliser l'esthétisme du robot.

Puis nous avons aussi designer la piste en modélisation 3D aux bonnes dimensions à l'aide d'OpenSCAD afin de mieux visualiser le rendu final visé:

Nous remarquons que dans nos jardins nous aurons la place pour respecter la contrainte de forme des parcelles du cahier des charges de la CREP (zone jaune) alors que les trais blanc représentent le découpage de la piste en 4 planches de contreplaqués de 1*1,5 m. Ensuite nous avons modéliser les jointures pour lier les planches de contre-plaqué selon plusieurs contraintes de liaison et d'esthétisme:

jointure esthétique de type vis

jointure classique juste utile

En discutant des modélisation nous avons finalement décidé de mettre chacune des planches sur des pieds et les lier avec moins de jointure ce qui nous permettra d'avoir une piste plus stable :

Pour les prochaines séances, il restera à :

• Modéliser les joints de cotés
• Acheter les plaques de contre plaqués pour la piste
• Imprimer en 3D les joints et les monter sur la piste
• créer un scénario précis afin de commencer à coder le robot.