IMA3/IMA4 2021/2023 P3

Résumé

Notre projet consiste à créer le simulateur d’un processus industriel, ainsi que de mettre en place une communication réseau permettant de contrôler le processus industriel simulé. Cela permettra de pouvoir tester un programme, sans avoir à le tester directement sur le processus industriel réel. Le processus dont nous créons le simulateur est un “tri de pièce”, comportant un vérin, un convoyeur, un détecteur de présence et une caméra.

Présentation générale

Contexte

Dans le contexte actuel de la crise sanitaire, les entreprises industrielles sont très sollicitées et nécessitent l'automatisation du mouvement des marchandises et potentiellement de leur tri. C'est pourquoi la simulation de notre système de gestion de marchandises par traitement d'images s'avère nécessaire dans ce contexte industriel pour la formation du personnel.

Objectif

Le projet consiste à réaliser une application simulant virtuellement un processus industriel avec un convoyeur, une caméra, des vérins et des pièces déposées sur ce convoyeur. Il s'agit de développer un simulateur de ce processus physique destiné à être couplé avec une application de commande (seulement la communication en réseau avec cette dernière est inclut dans le projet). Celui-ci doit permettre une visualisation 3D du processus, la transmission des mesures des capteurs virtuels, comme par exemple : détecteur de présence, image de la caméra et la réception des ordres transmis aux actionneurs qui correspondent aux moteurs et vérins du convoyeurs. Ce projet est réalisé dans le but de pouvoir tester un programme sans avoir à programmer le processus industriel réel.

Cela peut être très utile dans plusieurs cas, par exemple, pour tester des améliorations ou des mises à jour d’un processus existant, sans avoir le risque en cas de bug de mettre en danger les machines, les produits, ou encore les personnes. Également, afin de tester le fonctionnement d’un processus réel pas encore existant, ce qui permettrait de pouvoir voir en amont les problèmes que l’on pourrait rencontrer lors de la réalisation et de la mise en place du processus réel et donc de les anticiper.

Description

Schéma fonctionnel:

Notre simulation réalisée sur le logiciel GODOT représente un convoyeur permettant le tri de pièce de 1€ et 2€. Pour cela, une caméra est disposée au dessus du convoyeur et a pour rôle d'identifier la valeur de la pièce. Cette information est alors envoyée à un système de commande qui contrôle l'état d'un vérin. Ce vérin doit permettre de pousser ou non la pièce pour que celle-ci se dirige vers un espace de stockage qui lui est dédié. Cette simulation doit permettre à un automaticien de tester son application de commande pour qu'il puisse visualiser des résultats facilement.

Schéma descriptif:

Réalisation des résultats

Matériel à disposition

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Pour la partie simulateur, nous avons utilisé le logiciel Godot, un moteur physique abordable et pour en ce qui concerne la partie communication, nous avons utilisé le logiciel Spyder, un IDE qui permet de gérer des fichiers en Python.

Partie Simulation

Ce simulateur permet de générer aléatoirement des pièces de monnaie de 1€ (représentée par des pièces grises) et de 2€ (représentée par des pièces jaunes) à l'appuie du bouton "Nouvelle pièce". Le convoyeur est ensuite mis en marche grâce au bouton "marche" et permet à la pièce d'avancer jusqu'au vérin. L'utilisateur peut alors commander le vérin avec deux boutons: "vérin push", "vérin pull" afin de trier la pièce dans le bac voulu. Le convoyeur peut également être stopper par l'utilisateur avec un dernier bouton nommé "arrêt".

Partie communication

La partie communication UDP se compose de deux parties. Une application de commande écrite en python se comporte en client pour envoyer des messages à un serveur Godot. Ce dernier est un noeud 2D dans le projet principal et va s'occuper de recevoir les commandes de l'application et traiter les informations pour modifier les états des actionneurs puis renvoyer ceux-ci dans un feedback en plus de l'état du capteur de présence.

Bilan

Nous avons donc acquis un certain nombre de compétences au cours de ce semestre, notamment des compétences techniques au niveau du fonctionnement logiciel de Godot et donc des éléments du moteur physique 3D, mais aussi des compétences en ce qui concerne la communication réseau (en UDP) en utilisant un serveur Godot et un client python. Nous avons également acquis des compétences pratiques en ce qui concerne l'organisation notamment avec l'avancement à chaque fin de séance et la répartition des tâches ainsi que la mise en commun des ressources.

Gestion du projet

Chronologie et avancement du projet :

Semestre 7:

10 Octobre 2022:

• Avancement et mise en page du wiki
• Redéfinition du cahier des charges
• Création d'un liste des tâches à réaliser pour le projet entier

21 Octobre 2022:

• Création d'un prototype du convoyeur Godot
• Etablissement de deux binômes "Communication UDP" et "Conception Godot"
• Recherches sur la programmation en GDScript
• Recherches sur la communication UDP entre une application Python et une application Godot

28 Octobre 2022:

• Amélioration du convoyeur et tests sur le moteur physique pour se rapprocher de la réalité
• Premiers essais de scripts Python pour UDP sur Spyder
• Premiers essais de scripts Godot pour l'UDP

18 Novembre 2022:

• Mise en marche du tapis du convoyeur transportant une pièce
• Communication réussie entre des mini applications python et Godot en UDP avec le loopback
• Recherches sur la communication UDP à distance sans loopback

21 Novembre 2022:

• Mise en place de boutons permettant d'interagir avec le simulateur
• Ajout d'un vérin au convoyeur mais non fonctionnel
• Communication réussie entre des mini applications python et Godot en UDP sans loopback

25 Novembre 2022:

• Adaptation des applications Python et Godot afin de commander le convoyeur
• Recherches sur la mise en place d'un détecteur de présence
• Finalisation de la première version de la communication UDP à implémenter

28 Novembre 2022:

• Amélioration du vérin pour le rendre fonctionnel
• Implémentation réussie de la partie communication au convoyeur
• Communication réussie entre une application python et notre simulateur
• Modification de l'apparence du convoyeur et du vérin pour se rapprocher du réel

8 Décembre 2022:

• Réorganisation du Drive du projet et des avancés sur le wiki sur la partie “Chronologie et avancement

du projet”.

• Mise en commun de toutes les ressources actuelles afin que chacun puisse avancer de son côté et avoir accès au travail des autres.

15 Décembre 2022:

• Le choix du plan a été fait et le diaporama de la soutenance a été commencé.
• Pour le simulateur, la détection des pièces jaunes et grises est faite, un mode automatique (au sein de Godot) a été testé et est fonctionnel (hors projet).

18 Janvier 2023:

• Mise de notre diagramme de Gantt dans le drive, après avoir fait nos recherches.
• Nous avons commencé à programmer le retour sur l’état du capteur de présence. On a rencontré des problèmes sur comment recevoir des données sur un terminal et attendre une commande en même temps.
• Envoie de l'état du côté du serveur, nous supposons que le fait d’attendre une commande empêche la réception.
• Optimisation de notre système de commande pour envoyer des requêtes sur l’état des actionneurs en plus de les modifier.
• Du côté du simulateur, nous sommes parvenus à ajouter une caméra Godot et récupérer des images de celle-ci avec un bouton Screenshot en s’inspirant d’un programme exemple de Godot.

25 Janvier 2023:

• Du côté de la communication UDP, Optimisation de notre application Python (voir dans drive « Programme_Python_V5 ») pour que le simulateur réponde à plusieurs commandes spécifiques qui agissent sur les actionneurs et sur le terminal (commande T_EXIT quitte le terminal).
• De plus, un traitement des erreurs de commandes a été ajouté pour ne pas faire planter le programme si l’utilisateur entre une mauvaise commande.
• Du côté du simulateur, nous avons ajouté le capteur pour que la caméra puisse prendre une photo à chaque fois qu’une pièce passe.
• Le visuel des bacs a été mis à jour pour correspondre aux couleurs des pièces.

1 Février 2023:

• En ce qui concerne la communication, nous sommes parvenus à faire une communication dans les deux sens pour l’état des capteurs. En effet, dès que le capteur détecte une pièce, il le signale à l’application de commande qui recevra sur son terminal le message « pièce détectée ». Cela est possible à l’aide d’un thread côté client qui attend en permanence le message « ETAT_CAPTEUR_SET » qui signifie qu’une pièce a été détectée. Nous avons également fait des recherches approfondies sur le traitement de l’image et sa transmission en UDP.
• En ce qui concerne le simulateur sur Godot, nous avons changé la position du capteur de présence et créé une zone à part pour le traitement des images de la caméra.
• Point avec M. CONRARD :

Le point avec notre tuteur nous a permis d’obtenir des pistes de solutions pour les objectifs suivants : <\br>- Demander une image capturée par la caméra et la recevoir sur Python - Modéliser un capteur optique - Mettre le capteur en mode scrutation En piste d’amélioration pour le projet, nous pouvons : - Implémenter un deuxième vérin commandé par un deuxième client