Robot Collaboratif

 

 

Créé par notre groupe, Meanlicx est un robot collaboratif capable d’assister une institutrice ou un instituteur. Le robot s’intègre rapidement dans un environnement scolaire existant en installant simplement un suivi de ligne métallique au sol pour lui permettre de se déplacer sereinement dans la salle de classe. La robotique collaborative fait le pari d’une équipe éducative Homme/Robot performante et productive : le robot suit des tâches répétitives de distribution de matériel permettant à l’institutrice de ne pas perdre de temps à cette tâche.

 

Equipé d’un système de caméra embarquée, comprise dans le robotino, le robot est capable de reconnaître les formes programmées pour connaître les différents points d’arrêts, détecter la présence d’objets, de personnes et peut ainsi éviter les collisions. Le robot est capable de détecter le niveau de volume sonore en alertant son entourage grâce à un dispositif de leds tricolores. De plus, un élève absent peut tout de même avoir l’impression d’assister au cours via YouTube grâce à une fonction de téléprésence.

 

 

 

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Sommaire :

 

1. Introduction

2. Présentation du sujet

3. Cahier des Charges

• Objectifs du projet
• Diagramme Pieuvre
• Fonctions et contraintes
• Contraintes
• Définition de termes techniques essentiels 
  • Arduino
  • Raspberry Pi
  • Capteurs

4. Budget détaillé

5. Développement

6. Gestion de projet

7. Manuel Technique

8. Bilan

9. Bibliographie

10. Remerciements

 

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1. Introduction

 

Dans le cadre du module Etudes et Réalisations du deuxième semestre en DUT de GEII (Génie Electrique et Informatique Industrielle), il nous est demandé de réaliser par groupe un projet imposé et présenté par les professeurs qui s’inscrit dans notre programme pédagogique. 

 

 

2. Présentation du sujet

 

« Robot Collaboratif » est un sujet qui consiste en la création d’un robot, défini selon les souhaits des élèves d’une classe de CE1. Après avoir rencontré ces élèves de l’école Lamartine à Illzach pour partager nos connaissances en robotique, ils nous ont proposé des idées de robots qui leur seraient utiles. En faisant un tri dans leur propositions et après concertation au sein du groupe, nous avons choisi de concevoir un robot qui se déplace dans la salle de classe en délivrant aux élèves des objets que l’institutrice veut leur distribuer. De plus, si un élève est absent à l’école, il peut tout de même avoir l’impression d’être présent grâce à la fonctionnalité de téléprésence qui lui permet de suivre le cours depuis chez lui.

 

 

 

3. Cahier des Charges

 

 

• Objectifs du projet

L’objectif principal de ce projet est de faire découvrir la robotique à des élèves en classe de CE1 puis  de leur créer un robot qui répondra à leurs attentes. Cependant, les objectifs secondaires à prendre en compte sont :

– L’organisation de notre rencontre avec les enfants le lundi 6 mars au matin en leurs proposants différents défis et activités pédagogiques pour leur faire découvrir la robotique ;

– La création de quelques modèles de robots Mindstorms à montrer aux élèves ;

– La conception du prototype avec la programmation des moteurs des capteurs, la structure mécanique, l’interface Homme-machine, le déplacement du robot ;

– La présentation de notre prototype aux enfants le mercredi 31 mai ;

– La création du robot final.

 

• Périmètre

Puisque nous travaillons avec des élèves de CE1, il est nécessaire d’employer un vocabulaire qui leur est compréhensible. Il faut également que nos robots répondent à leurs attentes.

Du 2 au 31 mars, 60 heures sont entièrement consacrées à ce module dans l’emploi du temps. Deux professeurs encadrant sont à notre disposition afin de suivre et noter notre travail tout en restant à notre disposition pour tout besoin.

Nous avons également poursuivi le travail de la conception de notre robot jusqu’à la soutenance finale durant une centaine d’heures.

 

• Fonctions et contraintes

Ce diagramme représente les fonctions principales (FP) de notre projet et les fonctions contraintes (FC) sont les fonctions auxquelles il est soumis.

 

 

• Contraintes 
  • Date limite : 31 mai 2017 pour la présentation du prototype aux enfants
  • Budget : 200 €

 

• Définition de termes techniques essentiels 

• Arduino

Un Arduino est un Microcontrôleur programmable ayant des entrées et des sorties et se programmant dans un langage très ressemblant au langage C et possédant un environnement de développement dédié. Toutes les connaissances et bibliothèques sur le développement de programme Arduino est libre d’accès.

• Raspberry Pi

Une Raspberry Pi est un nano-ordinateur monocratique possédant son propre système d’exploitation sous Linux. Il permet de naviguer sur internet ainsi que développer des programmes et gérer des sorties.

• Capteurs

Un capteur est un dispositif qui permet la transformation de l’état d’une grandeur physique observée en une grandeur utilisable.

 

4. Budget détaillé

 

Pour permettre la réalisation de notre robot, 200 € ont été mis à la disposition du groupe pour pouvoir effectuer nos achats de matériel. En dehors de ces achats nous avons également utilisé un Robotino d’une valeur de 7000 €, ainsi qu’un Raspberry Pi avec caméra d’une valeur avoisinant les 140 €, d’une carte Arduino ainsi que du matériel recyclé, du bois et des composants de l’IUTlab.

Nous avons dépensé 182 € du budget alloué par l’IUT.

 

Détail des dépenses :

 

 

5. Développement

 

☞ Capteurs, Moteurs, Alimentation

La fonction principale de notre robot est la distribution de matériel. Pour cela, il a fallu commander puis programmer des moteurs pour l’ouverture et la fermeture des tiroirs. Nous avons utilisé une carte Arduino. Cependant, puisque c’était la première fois que nous en utilisions, nous avons rapidement dû nous familiariser avec le logiciel. Des capteurs de fin de course ont également été indispensable pour limiter l’ouverture et la fermeture des tiroirs. Pour l’alimentation, nous utilisons une batterie de 12 V pour recharger notre robot.

 

 

Programmation des moteurs d’ouverture des tiroirs sur le logiciel Arduino :

 

 

Problèmes rencontrés : Carte Arduino remplacée plusieurs fois, défaillance de la carte suite à un court-circuit, dysfonctionnement du programme.

Points forts : Adaptabilité rapide au logiciel Arduino.

Points d’amélioration : L’Arduino peut être remplacé par la carte Raspberry.

 

☞ Interface Homme-Machine

Pour pouvoir interagir entre le robot et son utilisateur, il a fallu créer une interface grâce à un écran tactile sur lequel la maîtresse peut sélectionner les tâches à exécuter. Nous avons utilisé un Raspberry Pi et Nelson s’est occupé de sa programmation sur le logiciel Kivy. Un dispositif de caméra est également posé sur le Robot pour permettre à un élève absent d’assister aux cours depuis son domicile.

 

Problèmes rencontrés : Mode de programmation compliqué, compatibilité entre le robotino et le Raspberry.

Points forts : Mise en place de la fonctionnalité de téléprésence, programmation de l’interface graphique sur l’écran.

Points d’amélioration : Il faut encore établir la communication entre le Robotino et le Raspberry Pi.

 

 

 

☞ Mouvements

Les déplacements de notre robot Meanlicx se font grâce au Robotino. Il est équipé d’une caméra de suivi de ligne métallique. Quentin Dijoux, de l’équipe robot de sécurité, nous a apporté son aide pour la programmation du Robotino. Nous avons également mis en place une caméra avec un éclairage constitué de led pour détecter les différents points d’arrêts.

 

 

De plus, l’interaction entre l’Homme et le robot ne peut s’envisager que dans le cadre d’une sécurité absolue pour l’opérateur. Nous avons donc bien veillé à programmer notre robot de sorte qu’il s’arrête en présence d’un obstacle se trouvant à une distance de moins de 20 cm.

L’analyse de risque est une étape essentielle de la conception d’un robot collaboratif. Elle doit identifier les dangers, leur probabilité d’occurrence et leur criticité, en tenant compte du robot en lui-même, de son préhenseur et des pièces ou objets mis en mouvement par le robot.

Point d’amélioration : mettre en place un mode manuel sur l’écran, en cas de perte prolongée du suivi de ligne par exemple.

 

☞ Structure mécanique du robot

Pour pouvoir donner un aspect physique original et esthétique, il a également fallu concevoir la structure mécanique du robot. Après concertation au sein du groupe de l’aspect donné au robot, Louis a dessiné les plans sur le logiciel CorelDraw puis imprimé les différentes pièces en bois grâce à la découpeuse laser de l’IUTlab. Nous avons pu y récupérer plusieurs matériaux pour pouvoir concevoir notre robot.

Les différentes parties ont été imprimées, découpées, poncées, sciées, vissées, collées puis assemblées.

 

 

Problèmes rencontrés : attente du matériel commandé, la structure est plus fragile que prévu suite à un problème de commande.

Points forts : les enfants ont beaucoup apprécié le design du robot.

Points d’amélioration : l’ouverture des tiroirs pourrait être plus simple et plus sûre.

 

 

 

 

 

6. Gestion de projet

 

Les grandes phases du projet ont été composées :

• De la préparation de notre rencontre avec les élèves de CE1 le lundi 6 mars, en leur préparant divers défis pour leur faire découvrir la robotique ;
• Du choix fait par les élèves des robots à concevoir ;
• De la conception du prototype – la programmation des moteurs, des capteurs, de la structure mécanique, de l’interface Homme-machine ;
• De la présentation de notre prototype à nos clients, les enfants ;
• Et enfin, la soutenance finale du 22 juin.

 

 

7. Manuel Technique

 

 

 

8. Bilan

 

Il n’a pas toujours été facile d’obtenir les résultats attendus mais nous ne nous sommes pas laissés submerger par le travail ni le temps manquant. Nous avons réussi à garder une bonne entente au sein du groupe et écouté ce que chacun avait à proposer. Les idées de chacun étaient les bienvenues.

 

Réussites : 

Points d’amélioration : 

Suite à notre présentation du robot chez les enfants, nous leur avons demandé de nous écrire leur avis concernant le robot.

 

Avis des clients :

 

CONCLUSION

Notre robot peut être utilisable non seulement dans une salle de classe, mais également dans l’industrie pour permettre par exemple à un chirurgien d’avoir à portée de main le matériel nécessaire. Les robots industriels collaboratifs sont de plus en plus nombreux, on retrouve par exemple ainsi le robot Sawyer, toute la gamme des robots de la technologie Fanuc, les robots UR3-5-10.

Nous n’avons malheureusement pas pu atteindre les résultats attendus comme nous l’aurions souhaité, mais ce prototype a le mérite d’exister.

Les robots sont notre dada. Alors si vous cherchez une solution robotique pour la précision et la collaboration, nous pouvons vous aider !

Enfin, ce projet nous a permis d’acquérir énormément de savoir-faire et nous a permis d’avoir d’expérimenter l’organisation du travail en équipe, qui pourra nous servir le jour où nous serons en entreprise.

 

 

9. Bibliographie

 

https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/computemodule/RPI-CM-DATASHEET-V1_0.pdf

http://www.festo-didactic.com/ov3/media/customers/1100/548607_leseprobe.pdf

https://www.universal-robots.com/products/ur5-robot/

 

 

 

10. Remerciements

 

Tout l’équipe tient à remercier toutes les personnes qui ont œuvrées quant à la réalisation de notre robot.

Merci à Monsieur Eric Hueber et Monsieur Christian Choisy nos professeurs référents pour leur aide et leurs conseils.

Merci à Monsieur De Sabbata, technicien à l’IUT lab, pour sa disponibilité et son aide à l’IUT lab.

Merci à Monsieur Roth pour son aide quant à la conduite de projet.

Nos remerciements vont également à l’équipe Robot de sécurité, notamment à Quentin Dijoux, pour sa disponibilité à nous aider pour la programmation du Robotino.

 

Membres du groupe :

 

Répartition des tâches :