IMA3/IMA4 2018/2020 P13

Présentation générale

Description

Sur le marché actuel, on trouve très peu de robots amphibies. En effet, les systèmes de propulsion traditionnellement utilisés ne sont pas adaptés pour fonctionner dans différents environnements. Cependant, de nouvelles techniques voient le jour notamment grâce a l’émergence de la robotique molle (Soft Robotic). Ce nouveau domaine s'inspire fortement de la manière dont les organismes vivants se déplacent et s’adaptent à leur milieu. L'un des objectifs de la robotique déformable est notamment d’accroître la mobilité des systèmes en utilisant des matériaux hautement déformables.

Ce projet consiste donc en la réalisation d'un robot amphibie pouvant se déplacer aussi bien sur la terre ferme qu'en milieu aquatique. Pour ce faire, nous nous inspirons du déplacement de la raie et du serpents. Ces deux animaux se déplacent par ondulation (verticale pour la raie et horizontale pour le serpent). Le robot sera donc munie de deux nageoires ondulantes dont on peut changer l'inclinaison afin de s'adapter a son environnement.

Objectifs

L'objectif est dans un premier temps de concevoir le système de propulsion a l'aide de matériaux déformables. Le mouvement des nageoires sera sinusoïdale contrairement a la raie dont le mouvement serai trop complexe a reproduire étant donne le temps consacré au projet. Le contrôle du robot se fera en boucle fermé donc de manière autonome.

Dans sa globalité, le projet comprend:

-la conception du système de propulsion par ondulation

-la fabrication de l'enveloppe hermétique

-la conception de la carte électronique

-l’intégration des différents capteur nécessaires au fonctionnement autonome

-le développement du programme de navigation (avec reconnaissance du milieu?)

Analyse du projet

Analyse du premier concurrent

Salamandra robotica II (École polytechnique fédérale de Lausanne)

Ses concepteurs se sont inspiré de la salamandre pour fabriquer un robot amphibie capable d’évoluer dans l'eau comme sur terre. Cet amphibien utilise deux modes de locomotion différents en fonction du milieu dans lequel il se trouve. Dans l'eau, son corps ondule: l'animal nage alors à la manière d'une anguille. En revanche, il utilise ses pattes pour se mouvoir sur la terre ferme.

Le robot se compose de dix modules articulés pouvant réaliser des mouvements latéraux. Les neuf premiers ont une forme rectangulaire et intègrent des circuits électriques et des microcontrôleurs. Quant au dernier, il ressemble à une palette natatoire. Les modules 3 et 6 sont en plus équipés d'une paire de pattes repliables.

Les mouvements sont donc coordonnés par un ordinateur principal faisant tourner la modélisation du réseau neuronal des salamandres. Une simple commande pouvant être émise à distance suffit pour changer le mode de locomotion du robot. La vitesse de nage comme sa direction sont également gérées par l'ordinateur central.

Analyse du second concurrent

Velox (PLIANT ENERGY SYSTEMS llC) https://www.pliantenergy.com/

Le robot Velox cumule plusieurs modes de locomotion empruntés au monde du vivant. Équipé d’une seule paire d’ailettes latérales souples qui changent de position selon l’environnement, l’engin est capable « de nager comme une raie, de ramper comme un mille-pattes, de jaillir comme un calamar et de glisser comme un serpent ».

Le secret de ses déplacements réside dans ses appendices ondulatoires. Lorsqu’ils sont alignés à l’horizontale, la machine peut se déplacer sous l’eau. En mode tout-terrain, ses ailettes se positionnent perpendiculairement au sol pour ramper, par exemple, sur des sables mouvants. Ses pédicules caoutchouteux lui permettent également de patiner sur la glace et de slalomer entre les obstacles sur la neige.

Ce robot n’est pour l’instant qu’un prototype mais intéresserait cependant le bureau de la recherche navale américaine pour ravitailler en armes et en matériel des troupes lors d’un débarquement.

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

En raison de sa forte maniabilité et de son adaptation rapide, le robot peut évoluer dans différents milieux pour les applications suivantes:

- Reconnaissance et recherche de survivants: afin de facilité le travail des secouristes dans une zone sinistrée suite a un tremblement de terre ou une avalanche par exemple.

- Navigation dans des zones marécageuse/sable mouvants.

- Exploration de fonds marins (Résistant à l'enchevêtrement dans les plantes ou autres débris aquatiques).\

Bibliographie et webographie

• Magazine Pour La Science n 402 p66 "Onduler pour avancer"

• Pliant Energy Systems: https://www.pliantenergy.com/

• https://softroboticstoolkit.com/

Préparation du projet

Cahier des charges des équipes

Equipe 1

Damien Tillaux & Vincent Dubois

• Propulsion:

Le robot reprend le principe de propulsion du second concurrent. Pour reproduire ce mouvement sinusoïdale des nageoires artificielles on utilise des servomoteurs alignés de chaque côté du robot. Le nombre de servomoteurs est fixé à 5 de chaque côté afin d'avoir une meilleur stabilité. En effet, pour une période d'oscillation, le robot alterne entre 2 et 3 points d'appuis; l'avantage étant que les point d'appuis du robot sont centrés sur le milieu du chassie ce qui assure une meilleur stabilité.

(schéma)

La solution moteur+arbre est d’emblée éliminé car trop compliquée a mettre en place étant donne nos faibles connaissances en mécanique. De plus, la consommation en énergie des servomoteurs est bien moindre comparée a un moteur(DC).

• Chassie:

Comparée au robot massif et volumineux du deuxième concurrent, nous souhaitons concevoir un robot de plus petit taille et a faible coût... impression 3D peu de matériel embarque pour limiter le poids. dimension: doit pourvoir accueillir 5 servomoteurs alignés de chaque côté (schéma approximation tailles)

L'appareil étant amené a se déplacer dans l'eau, le boîtier de ce dernier doit être étanche. Étant donnée que le projet porte en premier lieu sur les compétences IMA, l’étanchéité du robot fera l'objet d'une étude secondaire avec l'aide de nos confrères en Conception Mécanique.

• Nageoires:

Au niveau de notre moyen de locomotion déformable, nous partons sur le même principe que notre deuxième concurrent. Nous partirons alors sur une nageoire attaché au servomoteur. Le but sera de créer un nageoire déformable pour pouvoir s'adapter au différente position que nous fondrons faire avec les servomoteurs. Il faudra aussi qu'il y est de l'adhérence entre la nageoire et sol pour que le robot puisse se déplacer et non faire du surplace.

matériau a la fois déformable et rigide et rugueux(mais pas trop) => sans adhérence au milieu le déplacement est impossible.

• Contrôle:

programme en boucle fermée avec reconnaissance de milieux (IA) => sonars, camera, capteur humidité... possibilité de prendre le contrôle du robot manuellement.

Equipe 2

Eric Agbodjan

Choix techniques : matériel et logiciel

Equipe 1

• Servomoteurs:

SG90: pourquoi? pas chère/léger/peu volumineux/facile a contrôler (PWM) assez de couple pour soulever le robot?

estimation de la masse total du robot ~ 0,5kg (tableau des poids)

Tableau des masses

	Masse (kg)	Quantité	Total
Arduino Mega	0,037	1	0,037
Batterie	0,2	1	0,2
SG90	0,009	10	0,09
Boitier	0,1	1	0,1
Pales	0,01	2	0,02
Capteurs	0,005	1	0,005
			0,497

D’après la datsheet, le SG90 peut développer un couple de 1800g/cm Dans le cas le plus défavorable le poids est repartie sur 4 points d'appuie (125g chacun). (schema)

Equipe 2

Réalisation de la carte Arduino :

matériel :

- 12 servomoteurs (type : SG90) - 4 capteurs Ultrasons (type : 3942) - 2 ou 3 capteurs infrarouges ( type TSOP) - Bouton reset - led de contrôle ( Alimentation ...) - Communication USB ( microprocesseur FT232R ) - programmateur ( prog spi avr) - raspberry pi zero

Nous avons choisi de prendre un microcontroleur atmega328p pour effectuer notre carte programmable. Ce microprocesseur possède 16 broches PWM ( 12 seront utilisés pour le servomoteurs). Ceci est un avanatge car le robot va devoir porter le chassis donc cela va permettre d'aléger de quelques grammes les palmes.

Le bouton va permettre de rénitialiser la carte s'il y a un problème dessus.

Les leds de controles vont être très utiles car avec ça, nous allons pouvoir repérer les éventuelles problèmes d'alimentation.

Le capteur infrarouge va nous permettre de télécommander le robot via une télécommande.

Niveau logiciel, j'ai choisi d'utiliser Altium Designer car on va l'utiliser tout au long du cursus.

Calendrier prévisionnel

Le calendrier prévisionnel peut se concrétiser sous la forme d'un diagramme de GANTT.

Réalisation du Projet

Projet S6

Eventuellement créer des sous-pages par équipe avec le compte-rendu des réunions de groupe sur cette page principale.