Projet

Général

Profil

Bienvenue sur le Wiki du robot H3VR.

Durée : plus de 500h
Coût du projet (prototypes intermédiaires compris): moins de 3000€
Auteurs : Antoine Hamez, Baptiste Vasseur, Benoit ROBIDOU, Florent Hendrycks, Quentin HERMANT
Encadrants: Andrii Yatskul, Anne Combaud, Benoît Detot, Davide RIZZO, Mehdi Jaber

Introduction

robot H3VR
Nous sommes une équipe de 5 élèves ingénieur en agronomie et agroIndustrie avec spécialité AgroEquipement et Nouvelles Technologies. Nous étudions à l’institut Polytechnique UniLaSalle Campus Beauvais. Dans le cadre de notre 4 ième année, nous avons réalisé un projet de robotique pour le concours de Rob’Olympiade organisé par Arvalis (Institut du végétal).

Le but de ce concours est de créer un robot de désherbage ou de semis pour l’inter-rang de la culture de betterave.

Nous avons décidé de participer à ce concours en n’ayant aucune compétence dans le domaine de la robotique, programmation à part des expériences personnelles de certains membres de notre équipe. Pour ce concours, nous avons plutôt mobilisé nos connaissances en agriculture apprissent au cours de notre cursus à UniLaSalle.

Le tutoriel présenté ici est un tutoriel de conception (et non de fabrication) il à pour but de présenter un prototype dont les fonctionnalités ne peuvent être assurées. En outres certaines modifications évidentes doivent être faites pour permettre au robot de fonctionner de façon efficace et effective : - L'architecture électronique actuelle ne permet pas de faire du contrôle de vitesse, indispensable pour la répétabilité des actions, de ce fait il faut prévoir des contrôleurs spécifiques pour les encodeurs. - Les palpeurs, ils peuvent être utiliser en l'état, mais ne permettent pas de répétabilité car la résistance électrique de ceux-ci varie dans le temps, privilégier la conception d'une pièce avec des potentiomètre. - La bande de roulement. Le système de chenilles fait à partir de passe cable n'est pas assez résistante pour soutenir la traction. en outre l'encrassement du système par la terre a tendance à faire décheniller l'appareil. Privilégier des roues. - Le châssis de l'outil, en alu ne permet pas un travail très puissant, privilergier un support acier.

-Software, vous l'aurez compris, le système de contrôle de vitesse est à créer entièrement pour remplacer le système actuel.

Ces modifications faites, le robot aura des performances totalement correct pour un désherbage en autonomie sans problème.

Pour la conception totale, notre coût s'est élevé à 3000€ cependant, le coût du materiel présent sur le robot s'élève à environ 700€ seulement

Liste des outils
  • Malette à outils
  • Poste à souder
  • Fer à souder
  • Meuleuse
  • Scie sauteuse
  • Perceuse
  • Dremel
  • Etabli avec étau
  • Multimètre
  • Oscilloscope
  • Chargeur de batterie
  • Ordinateur

Codes sources

Etape n°1 - L'Equipe

Photo de l’équipe qui a réalisé ce projet H3VR :
L'Equipe

Etape n°2 - Le déroulement

Dans un premier temps, nous avons défini les objectifs pédagogiques que nous voulions aborder lors de ce projet.

Dans un second temps, nous avons analysé le cahier des charges du Concours Rob’Olympiades. Nous avons listé l’ensemble des contraintes que nous devions relevé pour réaliser ce robot.

Etape n°3 - Banc d'essai

Un des principaux problèmes que nous avons rencontré a été de dimensionner les moteurs car nous ne savions pas quelle puissance était nécessaire pour la traction d’une dent dans le sol. Pour cela, nous l’avons déterminé expérimentalement en réalisant un banc d’essai ainsi qu’un protocole d’expérience.

Protocole d’expérimentation puissance moteur:

  • Définition
    Le but de cette expérimentation est de tester le besoin en puissance d’un binage peu profond sur une largeur de 60 cm et une profondeur de 3 cm environ sur sol meuble et travaillé. Le but de l’expérimentation sera à terme de dimensionner les moteurs pour un robot de désherbage mécanique qui travaillera dans les mêmes conditions.
  • Matériel
    Le matériel à notre disposition se compose de : Un cadre en bois avec support de dent Roues non directionnelles Une dent de bineuse classique de 14 cm de large Un guide pour les roues Un dynamomètre Une caméra Un terrain plat, avec sol nu ressuyer et travaillé préalablement Mise en place du dispositif Sur la parcelle, vérification de la structure de la terre (humidité et travail préalable) puis installation des guides de roues, du châssis portant la dent, du dynamomètre.
  • Expérimentation :
    Mise en tension du dynamomètre et début de l’enregistrement vidéo. Puis traction du dispositif à vitesse constante Le besoin de traction et la vitesse moyenne sera estimée à l’aide de l’analyse de la vidéo.

Etape n°4 - Le robot H3VR

Caractéristiques générales du robot H3VR :

Dimensions : 800*600*650 mm
empattement : 285 mm
Voie : 480 mm
Garde au sol : 50 mm
Poids : 20 kg
Vitesse maximale : 0.25 m/s
Energie utilisée :
Energie électrique Alimentation : 2 batteries 12 V ; 7 Ah
Motorisation : 4 moteurs DC 24W
Liaison au sol : 2 chenilles
largeur chenille : 55 mm
Système informatique : Système ARDUINO
Capteurs utilisés : Capteur de couleur pour le démarrer et l’abaisser l’outill 2 palpeurs pour se guider 1 sonar pour suivre une personne 2 encodeurs pour compter le nombre de tours de roue
Système levage : Vérin électrique 12V DC 1000 N de charge 100 mm de course
Outil de travail : 600 mm de large
Dents outil : 7 x 90 mm de large

Etape n°5 - Construction de la plateforme

Dans un premier temps nous allons construire la plateforme du robot, sur laquelle pourra se fixer les accessoires et les différents composants.

  • Etape 1 : Assemblez la planche de bois entre les rails et tubes carré
  • Etape 2 : Fixez les supports moteurs aux rails
  • Etape 3 : Fixez les moteurs sur leurs supports

Etape n°6 - Construction de la caisse du robot

Cette partie est consacrée à la construction de la caisse du robot que nous allons disposer sur notre plateforme construite en début de tutoriel.

  • Etape1 : Pré-percez d’un diamètre de 4mm, les tubes carrés aux endroits que vous souhaitez, ces trous servent à fixer les plaques de bois aux tubes carrés à l’aide de vis auto-perforante.
  • Etape2 : Assemblez les tubes carrés à l’aide des tri-coudes en plastique
  • Etape3 : Fixez les plaques à l’aide des vis auto perforante

Etape n°7 - Construction de l'attelage de l'outil

  • Etape 1 : Solidarisez les 4 tubes carrés (75/20) aux 8 fers plats (50/20/4). La fixation se fait à l’aide de point de soudure à l’extérieur des tubes. A la suite de cette fixation, percez chaque fer plat d’un trou de 4 mm pour chaque extrémité : (cf photo)
  • Etape 2 : Soudez les 2 tubes carrés (20/20) à un tube carré de (240/20). L’entraxe entre les 2 tubes de (20/20) doit être de 19 cm. Positionnez votre montage de tubes carrés dans les 2 tubes carré de (500/20) puis percez les avec un foret de 4mm pour les fixer ensemble.
  • Etape 3 : Glissez les tubes carrés assemblés en étape 1 dans les tubes de (500/20) de l’étape 2.
  • Etape 4 : Positionnez le deuxième tube de (240/20) centré à la base des deux tubes de (500/20) puis percez deux trous de 4mm comme sur la photo pour solidariser les deux parties.
  • Etape 5 : Pour terminer cette partie, il reste à fixer les deux équerres de (250/20/4) (80/170) à la base du support, sur le tube carré de (240/20). Pour cela il faut percer 2 trous de 4 mm de diamétre, puis visser. Finalement réalisez une équerre spéciale à l’aide du fer plat de (190/30/2). Percez là à chaque extrémité et fixez-la au tube de (240/20) et au carénage du robot.

Etape n°8 - Construction de l'outil et fixation

  • Etape 1 : Assemblez chaque pièces en suivant les plans CAO, en faisant attention de glisser les vis au préalable avant de bloquer l’accès à certains rainures par la fixation d’autres barres.
  • Etape 2 : Percez les 4 barres profilées (35/10) en face des supports portes outils et fixez l’outil à l’aide de boulon de 4 mm de diamètre et de 30 mm de long.
  • Etape 3 : Assemblez les dents de l’outil à l’aide d’un poste à souder puis fixez-les à l’aide des supports boulonnés sur les profilés.

Etape n°9 - Installation des chenilles

  • Etape 1 : Fixez les 4 roues crantées aux 4 axes des moteurs
  • Etape 2 : assemblez les maillons autour des deux paires de roues.

Etape n°10 - Schéma électrique

Voici le schéma électrique du robot et de sa télécommande. Attention ne pas brancher son ordinateur à l'arduino avant d'avoir débrancher l'alimentation de l'arduino par la batterie par risque de faire un court-circuit.

Etape n°11 - Codage du système

Code Arduino. Le code utiliser pour ce robot est globalement très simple, il se contente de récupérer les inputs des différents capteurs et process les données dans d’autres fonctions et structures de contrôle afin de faire effectuer au robot le parcours demandé. On peut donc très facilement le reprogrammer pour de nouvelles taches en assemblant d’une manière différentes les fonctions entre elles. Pensez également à télécharger les différentes librairies nécessaires. Notez qu’en raison d’un conflit entre les librairies VirtualWire et Servo, on doit utiliser la librairie ServoTimer2, pour laquelle il faut supprimer (ou commenter) les lignes 66 et 67 qui définissent des types de variables qui sont déjà existantes. Le code est commenté et disponible ici : Code source ArduinoMega

/!\ notez l'absence du contrôle de vitesse à implémenter dans le soft et dans le hardware comme préciser dans l'introduction.

Etape n°12 - La parcelle d'essai

Les conditions du concours
Le robot H3VR est conçu dans le but de participer au concours “Rob’Olympiades” d’Arvalis. Des règles précises sont donc à suivre et notamment au niveau de la parcelle sur laquelle se déroule la compétition. En effet, sur cette parcelle, des betteraves sucrières seront semées avec un écartement de 90 cm entre les rangs. Au moment du concours, en juin, il est estimé à 30% le taux de couverture des pieds de betteraves avec une hauteur de 15 centimètres. Au final, il ne restera que 60 cm de large au robot pour se déplacer et travailler le sol.

Notre propre parcelle
Notre robot étant destiné à participer au concours, les mêmes conditions que celles du concours devaient être mise en place. Pour cela, nous nous sommes arrangés avec un enseignant-chercheur de la plateforme agronomique de l’Institut Polytechnique UniLaSalle qui nous a semé des lignes de betteraves près de ses expérimentations. Les betteraves ont été semées en mars pour obtenir la croissance nécessaire en juin. Cependant, au mois de mai, un autre enseignant-chercheur de l’école a retourné la parcelle par erreur. N’ayant plus de betteraves, nous avons heureusement pu nous rabattre sur une parcelle d’expérimentation de colza de printemps semé à 40 cm d'inter rangs. Ces derniers étant trop serrés, nous avons enlevés un rang sur deux pour obtenir un inter rang de 80 cm. Certes, ce dernier est inférieur à celui que l’on aura lors du concours mais il nous permettra tout de même de faire les réglages nécessaires à la direction, au guidage, au travail de l’outil arrière, etc... Cette parcelle était également très sale, nous avons donc enlevé le plus gros des adventices à la main et préparé le terrain pour avoir les conditions les plus proches de celles que l’on aura lors du concours.

Cette parcelle nous a permis de réaliser de nombreux essais concluants qui nous permettent d’aborder le concours avec sérénité.

Etape n°13 - Imprévus liés au projet

  • Commande : La commande de certains composants prend du temps, les délais de livraisons peuvent être différents.
    Solution =>    Bien prendre en compte les délais de livraisons et contrainte suivant la provenance des produits.
    
  • Parcelles d’essai : Notre parcelle d’essai a été malencontreusement retournée.
    Solution =>    Mise en place des essais sans une parcelle de colza avec un écartement de 80 cm. A l’avenir bien délimiter la parcelle.
    
  • Roue : Problème d’écrasement dû au poids du robot, les roues déjantent.
    Solution => Différents essais ont été menés avec de la colle, remplissage des roues avec de la mousse, du carton, du polystyrène. Passage aux chenilles
    
  • Chenille : Problème avec les axes des roues, difficultés à serrer les axes.
    Solution =>     Utilisation de boulon plus grand.
    
  • Moteur : Pignon du réducteur usé sur les deux moteurs, deux jours avant la fin du projet
Solution =>    Commande exprès de nouveaux moteurs.
  • Projet en parallèle: Projet diagnostic et choix stratégique arrivé sur la fin du semestre en même temps que le projet robot
Solution =>    Priorisation à l’essentiel.

300px-RobOlympiades_IMG_4202.jpg Voir - robot H3VR (22,3 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:06

RobOlympiades_Photo_equipe.jpg Voir - L'Equipe (1,08 Mo) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:34

RobOlympiades_tableau_pedago.JPG Voir (69,4 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:39

RobOlympiades_tableau_brainstroming.jpg Voir (1,7 Mo) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:39

RobOlympiades_tableau_brainstorming_2.jpg Voir (1,86 Mo) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:39

RobOlympiades_sch_ma_de_fonctionnement_du_robot.JPG Voir (109 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:39

RobOlympiades_banc_essai.jpg Voir (336 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:46

RobOlympiades_ET5_1_tuto.JPG Voir (35,3 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:49

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RobOlympiades_ET5_3_Capture.JPG Voir (78,9 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 14:49

RobOlympiades_ET6_1_2_tuto.JPG Voir (41 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

RobOlympiades_ET6_2_AS_CADRE_ROBOT.JPG Voir (69,9 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

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RobOlympiades_ET7_1_5_tuto.JPG Voir (43 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

RobOlympiades_ET7_3_PIECE_SUPPORT_OUTIL.JPG Voir (71,4 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

RobOlympiades_ET8_1_6_tuto.JPG Voir (49,3 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

RobOlympiades_ET8_2_AS_DENT.JPG Voir (63,9 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

RobOlympiades_ET8_3_AS_OUTIL.JPG Voir (106 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

RobOlympiades_ET8_4_AS_OUTIL_DENT.JPG Voir (103 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

RobOlympiades_ET8_5_AS_OUTIL_ROBOT.JPG Voir (92,2 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:07

RobOlympiades_ET9_1_7_tuto.JPG Voir (16,5 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:08

RobOlympiades_ET9_2_CHENILLE_ROUE.JPG Voir (71,4 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:08

RobOlympiades_sch_ma_electrique_robot_ET10_1.PNG Voir (96,5 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:08

RobOlympiades_parcelle_d_essai_ET12.jpg Voir (829 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:08

RobOlympiades_sch_ma_electrique_telecommande_ET10_2.PNG Voir (52,3 ko) Mehdi Jaber, 30/01/2018 15:08

librairies_a_installer.rar - librairies à installer pour arduino (41,3 ko) Luc Hanneuse, 18/06/2018 10:36