IMA4 2017/2018 P50
- Etudiant : Haroun ABDELALI
- Encadrants : Alexandre Boé / Xavier Redon / Thomas Vantroys
Présentation générale
Bâti par le binôme Yohann LEROY et Laurent DAVID, encadrés par les professeurs Robert LITWAK et Xavier REDON dans le cadre du Projet fin d'étude IMA de l'année 2005, le Robot Centaure est l'un des projets less plus important du département, combinant la technologie des systèmes embarqués autonomes et celle des communicants.
Description
La dernière version du robot centaure (2013) était faite de quatre étages :
RDC : Roues et Moteurs
1er étage : Batteries, Variateurs de vitesse et Microcontrôleur
2e étage : PC Pentium 4
3e étage : Ecran 17" et une Kinect
Ce Robot était totalement autonome pouvant se déplacer dans le hall de l'école en évitant les éventuels obstacles, et pouvant aussi être contrôler par une télécommande infrarouge.
Objectifs
L'objectif de ce projet est de rénover la partie commande du robot, en améliorant le circuit d'alimentation et de charge-batterie, et en restaurant le câblage du robot, autour d'un Arduino MEGA ADK.
Le développement du deuxième étage, assurant la communication et l’interactivité du robot serait le sujet d'un autre projet
Préparation du projet
Cahier des charges
Liste des tâches à effectuer
- Étudier et analyser les précédents projets sur le robot centaure
- Élaborer un circuit de charge
- Mettre en place un système de sécurité (sectionneur, arrêt d'urgence, contacteur électrique)
- Prévoir l'alimentation des périphériques i.e. PC, Écran, Kinect
- Câblage des différents circuits et éléments
- Programmation de l'arduino
- Rédaction rapport
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 | 8 | 4 | ||||||||||
| Réalisation du schéma électrique | 4 | 8 | 6 | |||||||||
| Dessin 3D | 4 | 10 | ||||||||||
| Circuit de charge des batteries | 2 | 3 | ||||||||||
| Mettre en place un système de sécurité | ||||||||||||
| Prévoir l'alimentation des périphériques | ||||||||||||
| Câblage des différents circuits et éléments | ||||||||||||
| Programmation de l'arduino | 8 | |||||||||||
| Rédaction du rapport |
Liste du matériel
| Matériels existant | |
|---|---|
| Matériel | Documentations |
| 2* Variateurs de vitesse ref: Alpes Ital 8CH2QM.2 | Fichier:P50 Variateur CH2QM.pdf |
| 2* Batteries 12V 22Ah | Fichier:P50 Batterie A500.pdf |
| 1* Contacteur 24Vcc 18A ref: TeSys LC1D18BD | Fichier:P50 Contacteur 18A LC1 D18BD.pdf |
| 1* Arduino MEGA ADK | [Datasheet arduino mega adk] |
| 1* DC/DC convertisseur 24V => 5V x 8A; ref: Tracopower TEN 40-4811 | Fichier:P50 Convertisseur 12-5 40W.pdf |
| 1* Porte fusibles à 5 ports | Fichier:P50 Porte 5 fusibles ATO.pdf |
| Matériel nécessaire au projet | |
| 1* Batterie 12V 55Ah; trouvée chez le fournisseur mouser.fr | [lien vers le fournisseur] |
| 1* Chargeur 24V; chez le même fournisseur mouse.fr | [lien vers le fournisseur] |
| 1* Convertisseur CC-CC isolé, 24 V => 12V x 16.7A; chez le fournisseur RS | [lien vers le fournisseur] |
Semaine 1
Afin d'avoir une vue globale du Robot centaure, une modélisation simplifiée des différents étages du robot, avec les deux batteries 12V et les deux variateurs de vitesse ainsi que la boite d'alimentation, était réalisée sur le logiciel INVENTOR Autodesk.
Semaine 2
Semaine 3
Tester une marche-arrière préprogrammée sur l'arduino commandant les variateurs via la carte de relais, et ces variateurs commandent les moteurs.
le test attire sur une erreur signalée par les variateurs :
<< Led rouge clignotant 5 fois => error breaking poti >4.8V or <40mV => verify the wiring of the poti >>
Pour trouver la source de l'erreur, il fallait revenir au câblage basique indiqué par le concepteur et se passer de l'arduino pour le remplacer par un potentiomètre 5k ohm, la carte fonctionne parfaitement dans ce cas.
Afin de s'approcher d'une commande par arduino, je remplace la patte curseur du potar par une alimentation ajustable tout en gardant les deux autres extrémités sur la résistance de 5K ohm, l'erreur revient à cause d'une différence de potentiel de 124mV entre la partie commande de la carte et celle d'alimentation qui ne répond pas aux conditions de démarrage de régulateur, il fallait donc assurer une tension minimale de 124mV à la pine n°5 du connecteur de la carte.
Maintenant que le comportement du régulateur est compris, nous pouvant faire appel aux sorties analogiques de l'arduino en pwm pour reprendre la tâche réalisée préalablement par l'alimentation ajustable, càd délivrer une tension de 124mV sachant que 5V correspond à 255 numérique, la valeur numérique 6 devrait répondre à cette condition /* analogWrite(pine, 6) */ , mais il se trouve que la carte du régulateur n'apprécie pas les harmoniques du pwm, nécessitant alors un convertisseur numérique analogique CNA, ou bien filtrer la sortie pwm de l'arduino via un intégrateur RC, dimensionné après calcule par les valeurs suivantes : R = 1k ohm et C = 22μF, et voilà que le montage prévu pour tester fonctionne parfaitement.
Semaine 4
Le montage précédent assurer l'alimentation des terminaux sous 12V en les connectant à une seule batterie, et afin de remédier au problème de l’utilisation inéquitable des batteries deux solutions se présentent :
- Connecter les deux batterie en séries pour alimenter les variateurs et moteurs en 24V, et les connecter en parallèle pour l'alimentation du reste des appareils, au détriment de l'autonomie qui se réduit au temps de la chute de tension des batteries.
- Ajouter un convertisseur 24V/12V qui permet d'avoir une sortie 12V constante malgré la décharge des batteries.
Afin de dimensionner le convertisseur, et son courant de sortie plus particulièrement, un bilan énergétique s'impose:
- Puissance des appareils alimentés en 12V
- Puissance Ecran = 12V * 3.5A = 42W
- Puissance PC = 60W
- - Puissance CPU I3 3220T = 35W TDP
- - Puissance Disque dure = 5V * 1,7A = 15W
- - Puissance ventilateur = 12V * 0,5A = 6W
- Puissance Kinect = 12V * 1A = 12W
- Puissance Arduino (6 capteurs IR + 4 Relais) = 5V * 1,5A = 7,5W
- Puissance Freins = 12V * 0,3A = 3,6W
Au même temps que les moteurs consomment 350 Watt chacun, débitante 31A à eux deux uniquement, pour un total donc de 15A+31A= 46A Les deux batteries de 22Ah n'assurent, dans ce cas, qu'un demi-heure d'autonomie.
Semaine 5
Le chargeur (230V AC->24V DC) alimente les batteries qui, en passant par l'arrêt d'urgence et le sectionneur et le commutateur, alimentent à leur tour le convertisseur 24V->12V et les variateurs de vitesse qui eux alimentent et commandent les moteurs.
Le convertisseur alimente directement l'arduino et alimente via un relais_12V le PC et l'écran ainsi que la Kinect et les freins des moteurs(normalement ouvert).
Dépendamment de l'entrée "capteurs", l'arduino alimente et commande les relais_24V qui commandent à leur tour les variateurs.
Il commande aussi le commutateur et le relais_12V afin de mettre hors tension l'ensemble [Variateurs, PC, Kinect, Ecran, Freins] si l'entrée venant des batteries indique une tension inférieur à 21,5V (afin d'éviter leur épuisement total).
