JFDuval Présentation de mes projets électroniques et robotiques

30mai/100

Projet BOTUS: Robot d’exploration (2009)

Nom du projet: Robot explorateur BOTUS: roBOT Université de Sherbrooke

Concept: Robot d'exploration de milieux difficiles

But: Concevoir un robot mobile capable d'explorer des milieux difficiles et dont le contrôle est simplifié par l'usage de commandes à la fois vocales et manuelles.

Raison d'être: Projet de deuxième session, Génie Électrique et Informatique de l'Université de Sherbrooke

Équipe: Alexandre Bolduc, Louis-Philippe Brault, Vincent Chouinard, Jean-François Duval, Sebastien Gagnon, Simon Marcoux, Eugene Morin, Guillaume Plourde, Simon St-Hilaire

Photos:

Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=6

Détails:

Pour commencer, voici les exigences du corps professoral pour ce projet:« L’équipe professorale de S2 vous invite à participer à la conception d’un système hybride de commande vocale pour un logiciel. Sommairement, le système à concevoir est un logiciel d’application avec interface graphique interactive contrôlé par un module de reconnaissance de commandes vocales simples. »

Le projet que nous avons choisi consiste en la conception d’un robot d’exploration. Ce robot, nommé Botus, possède de nombreuses fonctionnalités permettant la navigation en terrain dangereux ou inaccessible. Les commandes données au robot sont transmises par l’intermédiaire d’un contrôleur analogique et à l’aide d’un système de traitement de la voix. Le robot est contrôlé à distance à l’aide d’un modem double sens (XBee), connecté à l’ordinateur.

Le robot se déplace sur deux roues ainsi qu’un patin stabilisateur. Cette fonction est contrôlée avec les manches à balai du contrôleur analogique. La pince motorisée est commandée à l’aide des interrupteurs du contrôleur analogique. Une caméra sans fil est placée sur le dessus du robot et est contrôlée par deux servomoteurs. Cette disposition permet d’obtenir une vision de 180° sur plusieurs angles. C’est alors que l’utilisation de la commande vocale s’avère légitime puisque les deux mains de l’utilisateur sont utilisées. Ainsi, les commandes vocales sont traitées afin de permettre une navigation dans les menus de l’interface graphique ainsi que pour la motion de la caméra.

L’interface graphique affiche, en plus du flux vidéo, des informations diverses telles que l’état des piles du robot, une représentation graphique de la position du robot relative aux obstacles, une boîte affichant les commandes de communication robot-PC, des témoins graphiques associés aux phonèmes reconnus et une représentation 2-D de l’environnement dans lequel se trouve le robot.

Spécifications techniques:

  • PIC18F8722
  • Circuit imprimé double couche
  • Plusieurs télémètres infrarouge Sharp
  • Pince contrôlable par l'utilisateur
  • Caméra sans-fil orientable par l'utilisateur
  • Interface graphique sur PC, communication par Zigbee (XBee)
  • Moteurs Escap et cartes moteurs PIMD3.1 d'Eurobot 2008

Vidéo:

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Pour visionner certains de nos essais et démonstration, il suffit de consulter les vidéos Projet BOTUS sur http://www.youtube.com/user/AQRAeb2k8.

Plus de détails:

Article sur BOTUS disponible sur le site de l'AQRA: http://aqra.ca/Projet-BOTUS-Developpement-en

Instructable écrit par Simon St-Hilaire: http://www.instructables.com/id/BOTUS-Project/

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30mai/102

Caméléo le robot caméléon (2008)

Nom du projet: Caméléo le robot Caméléon

Concept: Robot mobile capable de détecter et reproduire la couleur du sol sur lequel il se trouve

But: Concevoir un robot jouet pour intéresser les jeunes aux sciences

Raison d'être: Concours Robot-Jouet de l'Université de Sherbrooke

Équipe: Alexandre Bolduc, Louis-Philippe Brault, Vincent Chouinard, Jean-François Duval, Sébastien Gagnon, Eugène Morin, Simon St-Hilaire et Louis-Philip St-Martin

Mention: Mention spéciale pour l'originalité du concept

Photos:


Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=9

Détails: Le premier projet d'équipe du baccalauréat en Génie Électrique et en Génie Informatique de l'Université de Sherbrooke est la conception et la fabrication d'un robot jouet. Les premières années, le public cible était les enfants autistes. Lors de notre participation, notre but était d'intéresser des enfants d'âge primaire et pré-scolaire à s'intéresser aux sciences et le thème imposé était la faune. Nous avons choisi de faire un caméléon pour tester un principe de reproduction de couleurs. Un capteur de couleur a donc été conçu à partir d'une DEL RGB, d'une photodiode (avec traitement analogique: filtre passe-haut 1kHz, amplification) et d'un PIC18F1320. Une fois la couleur décodée, le microcontrôleur pouvait contrôler 40 DELs RGB réparties dans la coque en fibre de verre du robot, faisant ainsi changer sa couleur.

Le vidéo présente bien le changement de couleur du robot. Les déplacements de mauvaise qualité sont causé par les moteurs fournis pour le projet (servomoteurs de modélisme) et le manque de temps pour réaliser un asservissement décent. Le câble sert à l'alimentation du robot, les 40 DELs consommant trop pour les piles de la base mobile, et pour recevoir les commandes des enfants.

Spécifications techniques:

  • Basé sur les cartes ROBUS et ARMUS fournies pour le projet
  • Capteur de couleur basé sur photodiode, DEL RGB et microcontrôleur PIC
  • 40 DELs RGB
  • Coque en fibre de verre
  • Capteur de choc, télémètres

Vidéo:

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30mai/100

Eurobot OPEN: Mission to Mars! – Allemagne (2008)

Nom du projet: Eurobot 2008

Concept: Robot mobile autonome capable de trier des balles colorées

But: Concevoir un robot capable de se déplacer en évitant les obstacles et un autre robot et qui peut ramasser, trier et déposer aux bons endroits des balles colorées.

Raison d'être: Compétition internationale de robotique mobile Eurobot 2007 – Mission to mars!

Équipe: Pierre-Luc Bacon, Sébastien Bélanger, Jonathan Dubé, Stéphan Couture et Jean-François Duval

Photos:

Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=5

Détails:

Eurobot est un concours de robotique mobile amateur qui regroupe des équipes d’étudiants (en classes ou en projet personnel), des clubs, des associations, etc. dans un but commun : concevoir un robot mobile qui répond aux exigences du règlement. Le concours se tient en Europe, dans un pays différent chaque année. L’édition 2008 s'est déroulée à l’Université de Heidelberg, en Allemagne. 27 pays, représentés par 400 équipes, sont impliqués dans ce concours scientifique et technique, à travers les qualifications nationales et la finale internationale.

Le thème du concours est renouvelé chaque année. Il est fortement inspiré des enjeux actuels,afin de faire un parallèle avec une application réelle. Le thème de 2008 est «Mission to Mars!»

En 2008, les objets à manipuler pour marquer des points sont des balles colorées. Trois couleurs sont présentes sur la table de jeu : bleu, blanc et rouge. Au début d’une partie, un tirage est effectué pour savoir quelle équipe sera quelle couleur. Admettant que nous soyons décidés bleus, ce sont donc les échantillons bleus (balles bleues) qui nous serviront ainsi que les blocs de glace (balles blanches). Les échantillons sont dans des distributeurs aux positions connues et disposées sur la table de jeu. Il existe donc plusieurs endroits où les recueillir, et ce de manières différentes. Une fois les échantillons en notre possession, il importe de les placer aux bons endroits pour marquer des points. Les deux possibilités sont : le conteneur réfrigéré, un bac surélevé qui accepte seulement les échantillons et le conteneur standard, qui nécessite d’adjoindre des blocs de glace aux échantillons (une bonne séquence offre des bonus).

Nous avons donc opté pour la conception d’un robot capable de ramasser des balles à la fois dans les distributeurs verticaux et directement sur la table. Une turbine aspire les balles dans le robot. Suite à la détection d’une entrée, la couleur est testée. Un barillet rotatif permet de déplacer les balles dans le robot : les faire entrer, décoder la couleur ou les éjecter. Afin d’aider la turbine à arracher les balles des distributeurs verticaux, deux pinces sont présentes à l’avant. Pour marquer des points, nous avons choisi d’éjecter les balles par le biais d’un canon constitué de deux roues. En ajustant la vitesse des moteurs, nous pouvons varier la distance du tir, permettant ainsi de marquer aussi bien dans le conteneur standard que dans le réfrigéré et d’éjecter une balle adverse qui aurait été gobée.

Le robot peut se déplacer grâce à deux moteurs à courant continu jumelés à des boites de réduction et à des roues de trottinette. L’énergie vient d’un accumulateur principal pour les gros actionneurs et de deux accumulateurs secondaires pour la logique et les petits actionneurs.

Spécifications techniques:

  • Plusieurs microcontrôleurs PIC et dsPIC
  • Bus I2C entre les cartes
  • PCBs doubles couches professionnels
  • Mélange de composants classiques et surface mount
  • Piles DeWalt Nano LiFe (A123) 36V
  • Ordinateur embarqué format pico-itx VIA
  • Conçu en entier sous SolidEdge et usiné classique et CNC
  • Moteurs Escap

Vidéo:

Séquence d'homologation:

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Pour visionner certains de nos essais et démonstration, il suffit de consulter les vidéos AQRA sur http://www.youtube.com/user/AQRAeb2k8.

Plus de détails:

Conception électronique et logicielle: http://aqra.ca/Conception-electronique-et

Conception mécanique: http://aqra.ca/Conception-mecanique-2008

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18mai/100

Eurobot OPEN: Robot Tri Party – France (2007)

Nom du projet: Eurobot 2007

Concept: Robot mobile autonome capable de trier des déchets

But: Concevoir un robot capable de se déplacer en évitant les obstacles et un autre robot et qui peut ramasser, trier et déposer aux bons endroits des canettes et bouteilles vides.

Raison d'être: Compétition internationale de robotique mobile Eurobot 2007 – Robot Tri Party

Équipe: Pierre-Luc Bacon, Sébastien Bélanger et Jean-François Duval

Photos:

Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=4

Détails:

Quand j'ai commencé à m'intéresser plus fortement à la robotique mobile, j'avais 13 ou 14 ans. Mes recherches m'ont conduit sur les forums de Planète-Sciences, une organisation française de promotion de la science et de la technologie qui organise chaque année la Coupe de France de Robotique. J'y ai rencontré un autre Québécois de mon âge, Pierre-Luc Bacon. Ayant appris énormément de nos contacts français, la Coupe de France était pour nous une référence en matière de compétition robotique.

Lors de ma deuxième année de Cégep, je cherchais un défi pour utiliser mes nouvelles connaissances en électronique et pour me dépasser. Avec Pierre-Luc nous avons décidé de tenter notre chance à Eurobot, la version internationale de la Coupe. Par une affiche dans le département de Technologie Physique, j'ai recruté notre concepteur mécanique, Sébastien Bélanger. En 2007, nous étions la seule équipe d'Amérique du Nord à participer. Nous avons reçu du support matériel du département de Technologie Physique du Cégep de La Pocatière et quelques petites commandites de Microchip (ICD2) et de Rona et DeWalt (batteries et moteurs) mais aucun argent comptant. Nous avons financé le projet et le voyage nous même afin de réaliser notre rêve et de participer à ce regroupement de roboticiens de plus de 25 pays différents.

Le concept électronique développé pour ASAv3 a été réutilisé pour ce robot. L'ensemble de l'électronique a donc été divisé en plusieurs cartes: Mère, Actionneurs, Moteur, Alimentation, Capteurs, etc. Toutes les cartes étaient reliées à la carte mère par un bus I2C. L'ensemble de l'électronique a été conçu avec Cadsoft Eagle et les circuits imprimés ont été réalisés maison, les pièces étant un mélange de composants classiques et montés en surface. Un appareil de stockage réseau de Linksys, un NSLU2, a été modifié afin de supporter une distribution Linux modifiée par Pierre-Luc Bacon. Une fois overclocké à 266MHz, son processeur Xscale était suffisant pour faire un traitement d'image de base. Malheureusement, par manque de temps, le robot n'aura pas pu bénéficier de vision.

La mécanique a été fabriquée de manière plutôt artisanale, avec comme principal matériau de construction de la tôle d'acier pliée. Les moteurs utilisés provenaient de perceuses DeWalt 18V, ce qui fût une mauvaise idée: 300W par moteur pour un robot aussi petit est autant inutile que nuisible. Les batteries qui alimentaient le tout étaient aussi faites par DeWalt, technologie NiCd. Les packs ont été modifiés pour abaisser leur tension et leur volume, alors un chargeur de notre conception a été utilisé.

Notre grand manque d'expérience et l'ampleur du projet ont fait que ce robot n'a jamais été complètement fonctionnel. Bien que les sous-systèmes étaient fonctionnels indépendamment, le temps pour l'intégration et les tests a manqué. Le voyage Québec-Paris dans une caisse de plastique n'a pas été facile pour le robot, nous obligeant ainsi à le réparer lors de notre arrivée en France plutôt que de finaliser sa programmation. Nous n'avons donc jamais pu passer l'homologation, ce qui est nécessaire pour participer aux matchs d'Eurobot. Malgré cela, ce fut une expérience incroyablement formatrice et très plaisante. Pendant nos nuits blanches à travailler sur le robot à notre kiosque de la Fertée-Bernard, nous parlions déjà des modifications à faire et des nouveautés de notre robot 2008...

Spécifications techniques:

  • Plusieurs microcontrôleurs PIC
  • Bus I2C entre les cartes
  • Électronique et PCBs maisons, composants montés en surface et classiques
  • Piles DeWalt NiCd 18V
  • Moteurs de perceuses DeWalt 18V
  • Mécanique composée principalement de tôles d'acier pliées

Plus de détails:

Quelques articles disponibles sur le site de l'AQRA: http://www.aqra.ca/-eurobot-2007-

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13mai/100

ASAv3, la troisième version de l’Aspirateur Semi-Autonome (2006)

Nom du projet: ASAv3

Concept: Robot aspirateur semi-autonome, troisième version

But: Robot aspirateur pouvant retenir la trajectoire programmée par un utilisateur et la refaire de manière autonome.

Raison d'être: Expo-Science 2006, édition régionale (La Pocatière)

Équipe: Jean-François Duval et Louis Landry-Michaud

Photos:

Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=3

Détails:

Dans l'idée d'atteindre le but visé avec ASAv1 et ASAv2, soit de pouvoir guider le robot dans une pièce par une télécommande et qu'il puisse ensuite le refaire de manière autonome, tout en évitant les obstacles nouveaux, nous avons commencé à travailler sur ASAv3. La mécanique a été encore une fois améliorée, principalement pour permettre l'usage de moteurs de propulsion plus puissants. L'électronique a été refaite à partir de zéro, avec une architecture très différente. L'idée était de réaliser plusieurs petites cartes indépendantes reliées par un bus I2C. L'interface avec l'utilisateur a été améliorée par l'ajout d'un clavier et d'un écran LCD 4*20. L'usage de plusieurs télémètres infrarouges et d'un télémètre ultrason permet de mieux détecter les obstacles. Malheureusement, par manque de temps, le projet a dû être abandonné et n'a pas été présenté au public. La programmation n'était pas assez avancée pour permettre une grande différence de comportement avec la version 2. Toutefois, les efforts n'ont pas été perdus car l'idée de plusieurs cartes reliées par I2C a été réutilisée peu après, pour Eurobot.

Spécifications techniques:

    • PIC18F452, PIC18F1320, PIC18F252
    • Bus I2C entre les cartes
    • Circuits imprimés double couches de fabrication maison
    • Piles NiMh 12V 3.3Ah
    • Turbine 60W
    • Contrôle par manette sans fil
    • Télémètres IR et ultrasons
    • Interface usagé avec LCD et clavier numérique

Dans l'idée d'atteindre le but visé avec ASAv1 et ASAv2, soit de pouvoir guider le robot dans une pièce par une télécommande et qu'il puisse ensuite le refaire de manière autonome, tout en évitant les obstacles nouveaux, nous avons commencé à travailler sur ASAv3. La mécanique a été encore une fois améliorée, principalement pour permettre l'usage de moteurs de propulsion plus puissants. L'électronique a été refaite à partir de zéro, avec une architecture très différente. L'idée était de réaliser plusieurs petites cartes indépendantes reliées par un bus I2C. L'interface avec l'utilisateur a été améliorée par l'ajout d'un clavier et d'un écran LCD 4*20. L'usage de plusieurs télémètres infrarouges et d'un télémètre ultrason permet de mieux détecter les obstacles. Malheureusement, par manque de temps, le projet a dû être abandonné et n'a pas été présenté au public. La programmation n'était pas assez avancée pour permettre une grande différence de comportement avec la version 2. Toutefois, les efforts n'ont pas été perdus car l'idée de plusieurs cartes reliées par I2C a été réutilisée peu après, pour Eurobot.

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12mai/100

ASAv2: L’Aspirateur Semi-Autonome (2005)

Nom du projet: ASAv2

Concept: Robot aspirateur semi-autonome, seconde version

But: Robot aspirateur pouvant retenir la trajectoire programmée par un utilisateur et la refaire de manière autonome.

Raison d'être: Expo-Sciences 2005, édition régionale (Rivière-du-Loup)

Équipe: Jean-François Duval et Louis Landry-Michaud

Mention: Prix du publique et Prix de l'École Polytechnique

Photos:


Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=2

Détails:

ASAv1 nous a permis de nous rendre à l'Expo-Sciences régionale, mais pour cette dernière nous voulions pousser le projet plus loin. La mécanique du robot a été complètement refaite. Un pot à fleurs a été utilisé pour protéger les composantes du robot et lui donner un bel aspect esthétique. Le système d'aspiration a été amélioré fortement et la communication est maintenant sans fil. Un capteur infrarouge placé à l'avant du robot évite les erreurs de l'opérateur en empêchant le robot de foncer dans les obstacles. L'électronique du robot a été améliorée par l'ajout d'une carte mère embarquée, basée sur un PIC18F452. La communication entre la télécommande et le robot s'est faite par le biais de deux modules radios et d'un protocole maison qui encodait chaque commande a une fréquence différente. ASAv2 n'est pas encore capable de retenir une trajectoire, mais globalement ce robot s'approche du but.

Spécifications techniques:

  • 2x PIC18F452
  • Circuits imprimés double couches de fabrication maison
  • Piles NiMh 12V 3.3Ah
  • Turbine 60W
  • Contrôle par manette sans fil
  • Capteur d'obstacle infrarouge à l'avant

Vidéo:

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Plus de détails:

Article écrit en 2005 sur la conception d'ASAv2, disponible sur AQRA.ca: http://www.aqra.ca/ASA-v2

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12mai/100

ASAv1: L’Aspirateur Semi-Autonome (2005)

Nom du projet: ASAv1

Concept: Robot aspirateur semi-autonome

But: Robot aspirateur pouvant retenir la trajectoire programmée par un utilisateur et la refaire de manière autonome.

Raison d'être: Expo-Sciences 2005, édition locale (École Secondaire Chanoine-Beaudet)

Équipe: Jean-François Duval et Louis Landry-Michaud

Mention: Première position, passage à la finale régionale

Photos:


Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=1

Détails:

ASAv1 fut le premier robot complet sur lequel j'ai travaillé. Tandis que Louis s'est occupé de la conception et fabrication mécanique (châssis, système d'aspiration, etc.), je me suis occupé de la conception électronique et de la programmation. Le développement électronique a débuté par la conception d'une carte moteur avec un double pont en H permettant de contrôler les deux moteurs de propulsion du robot. Cette carte, conçue avec Eagle, incluait deux sorties de puissance contrôlées par des MOSFETs, entre autres pour contrôler la turbine. Pour pouvoir réaliser ce robot, j'ai appris à me servir de microcontrôleurs PIC et, par la même occasion, j'ai appris le langage C. Mon manque d'expérience m'a empêché de réussir à rendre le robot autonome et à fabriquer une télécommande radio, j'ai donc utilisé la carte à microcontrôleur pour interpréter les commandes d'un joystick et les envoyer par câble vers la carte moteur.

Spécifications techniques:

  • PIC18F452
  • Circuits imprimés doubles couches de fabrication maison
  • Accumulateur au plomb 12V 1.2Ah
  • Turbine 60W
  • Construit à base de MDF
  • Contrôle par joystick (avec fils)

Vidéo:

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Plus de détails:

Article écrit en 2005 sur la conception d'ASAv1, disponible sur AQRA.ca: http://www.aqra.ca/ASA-v1-L-Aspirateur-Semi-Autonome

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