JFDuval Présentation de mes projets électroniques et robotiques

3juin/100

Machine des Jeux de Génie du Québec – Robot (2010)

Nom du projet: Machine des Jeux de Génie 2010 - Robot

Concept: Robot de nettoyage de conduites

But: Concevoir un robot mobile capable de se déplacer dans un parcours de tuyaux circulaires, de détecter des objets et de les déposer dans des zones de dépôts pré-définies, le tout de manière autonome.

Raison d'être: Compétition Machine des Jeux de Génie 2010

Équipe: Julien Boisvert, Arthur Carré, Jérôme Demers, Jean-François Duval, Philippe Lavoie, Pierre-Luc St-Yves, Matthieu Tanguay

Mention: Troisième (3e) position

Photos:

Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=7

Détails:

Dans le cadre de la compétition Machine des Jeux de Génie 2010, nous avions comme mandat de réaliser un robot capable de nettoyer des canalisations. Nous avons donc travaillé à la conception d'un robot mobile autonome capable de se déplacer dans un parcours de tuyaux de 4 pouces, de trouver et de déplacer des objets pour ensuite les mettre dans des zones prédéfinies.

Après plusieurs essais de mécanismes de locomotions, l'équipe s'est fixée sur l'usage de chenilles. Nous avons travaillé sur plusieurs idées de robots s'apparentant à un tank. Les premiers prototypes ont été réalisés à partir d'un tank jouet modifié et, au final nous, avons notre propre design, basé sur une électronique maison, des chenilles que nous coulons en silicone, des roues usinées maison et une pièce centrale imprimée en 3D (prototypage rapide). Le mécanisme de contrôle des objets est une pelle orientable sur le devant du robot.

L'électronique est centrée autour d'un dsPIC33FJ128MC204. La carte comporte le microcontrôleur, un accéléromètre 3 axes (pour l'asservissement angulaire qui garde le robot au fond du tuyau), un double pont en H et beaucoup de connecteurs et de pièces de support.

Pour la programmation du robot, nous avons adopté une approche comportementale. Le robot prend ses décisions en fonction de l'exploration, de la récupération d'objets et du retour au départ. Un système central fait le lien en les comportements et l'état actuel du robot. Il asservit entre autres la stabilité du robot par rapport au sol courbé. À des fins de tests, nous avons fait un contrôle graphique en temps réel du robot sur un ordinateur qui communique en bluetooth ses commandes au robot et qui affiche l'état des capteurs et de la mission.

Spécifications techniques:

  • dsPIC33FJ128MC204
  • Circuit imprimé 4 couches optimisé pour taille réduite (45x41mm), composantes montées en surface
  • Télémètres infrarouges, capteurs infrarouges, accéléromètre
  • Communication Bluetooth pour débogage
  • Programmation comportementale, robot complètement autonome
  • Batteries LiPo, moteurs Portescap, roues usinées en laiton
  • Chenilles coulées en uréthane
  • Mécanique imprimée en 3D (polycarbonate)

Vidéo:

This video was embedded using the YouTuber plugin by Roy Tanck. Adobe Flash Player is required to view the video.

Plus de détails:

Article sur le robot disponible sur le site de l'AQRA: http://aqra.ca/Competition-Machine-des-Jeux-de

3juin/100

Machine des Jeux de Génie du Québec – Ensemble turbine et génératrice (2010)

Nom du projet: Machine des Jeux de Génie 2010 – Ensemble turbine et génératrice

Concept: Production d'électricité à partir de l'eau

But: Concevoir une turbine et une génératrice capables de produire un maximum d'énergie électrique à partir d'un flux d'eau.

Raison d'être: Compétition Machine des Jeux de Génie 2010

Équipe: Julien Boisvert, Arthur Carré, Jérôme Demers, Jean-François Duval, Philippe Lavoie, Pierre-Luc St-Yves, Matthieu Tanguay

Mention: Troisième (3e) position

Photos:


Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=10

Détails:

Dans le cadre de la compétition Machine des Jeux de Génie 2010, nous avons travaillé à la conception d'un ensemble turbine et génératrice. De par le règlement, notre système devait entrer dans une boîte d'un pied cube, ne pas accumuler d'eau et la génératrice ne devait pas utiliser de matériaux ferromagnétiques, à l'exception des aimants permanents.

L'eau entre dans la turbine par le haut. Ensuite, lors de la grosse courbe descendante, la section du tuyau augmente avec un double angle de 15 degrés afin d'augmenter la pression de l'eau et de réduire sa vitesse. L'entrée d'eau dans le colimaçon se fait de manière tangentielle aux pales de l'hélice. Ensuite, avec le colimaçon, la vitesse de l'eau est dirigée pour lui donner un effet de tourbillon (on veut que l'eau tourne le plus possible). Elle frappe sur les pales afin de transmettre son énergie cinétique au groupe alternateur.

À la sortie de l'hélice, l'eau passe dans un aspirateur-diffuseur (double angle de 8 degrés) afin de créer un effet de succion en dessous de l'hélice, ce qui a pour but d'augmenter son efficacité et d'assurer que le régime reste laminaire.

La génératrice est un modèle à flux axial. Le rotor est composé de deux disques comportant chacun 9 aimants NdFeB grade 52. Le stator dispose d'emplacements pour 9 bobines. Le cœur de la génératrice est vide afin d'accueillir la turbine, ce qui donne un design très compact et simple à réaliser.

La génératrice a été simulée sous MatLab à partir d'équations d'électromagnétisme et de résultats de simulations effectuées avec le logiciel Finite Element Method Magnetics (FEMM), ce qui a permis d'optimiser la conception des bobinages. Avec les données obtenues, nous avons réalisé nos bobinages manuellement en enroulant du fil #30 sur des pièces de HDPE qui ont pu être retirées par la suite. Lors de l’enroulage, de la colle contact a été appliquée à chaque spire pour assurer la cohérence structurelle. Une fraiseuse numérique a été utilisée pour la fabrication des anneaux du stator et du rotor dans des pièces de polycarbonate.

Notre objectif était de produire 5W avec cet ensemble turbine et génératrice. Lors de nos essais maison, nous n'avons atteint que 1.2W, ce qui était décevant. Toutefois, lors des essais à la compétition, avec le vrai système de réservoir, nous avons atteint le 3W. Les principales causes de cette réduction de puissance sont des problèmes avec un joint d'étanchéité (entre le colimaçon et l'hélice) et le sous-dimensionnement des aimants (et l'absence de matériaux ferromagnétiques pour fermer le circuit (interdits par le règlement)).

Spécifications techniques:

  • Conception 3D sous SolidWorks
  • Turbine à hélice avec colimaçon et aspirateur
  • Prototypage 3D et usinage conventionnel
  • Génératrice monophasée à aimants permanents
  • Simulations numériques

Vidéo:

This video was embedded using the YouTuber plugin by Roy Tanck. Adobe Flash Player is required to view the video.

3juin/100

Écran tactile TouchUS (2009)

Nom du projet: Écran tactile TouchUS (2009)

Concept: Écran tactile de grand format pour interaction avec humain dépendante de la musique

But: Concevoir un actionneur dont le comportement dépend du contenu fréquentiel d'une chanson

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

Équipe: Louis-Philippe Brault, Ronan Cimadure, Jean-François Duval, Sébastien Gagnon, Julien Gélinas, Mathieu Genest, Éric Lafontaine, Jonathan Lavigne, Simon St-Hilaire, Pascal-Frédéric St-Laurent

Photos:


Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=8

Détails:

Notre actuateur principal  est un écran dont les pixels sont des boutons équipés de DELs. Les boutons permettent à l’utilisateur d’interagir de manière tactile avec l’image qui lui est projetée, par le biais de plusieurs jeux et visualisations dépendants de la musique.  Ce choix a été fait, car le concept permet à l’utilisateur d’interagir avec la musique et avec l’actuateur, idée qui plaisait à tous les membres de l’équipe et qui correspondait à notre vision globale du projet.

L’écran est constitué d’un support en bois et d’une plaque de plexiglas découpée au laser qui supporte nos boutons poussoirs.  La construction robuste de l’écran garantit que l’utilisateur ne brisera pas la plaque en appuyant dessus.  La première étape a été de modéliser l’écran sous SolidWorks afin d’optimiser le placement des boutons et de produire les bons fichiers de fabrication. Outre la découpe laser du panneau avant, l'écran a été construit avec des outils manuels. Un grand soin a été porté à l'esthétisme du projet, autant dans la fabrication que dans le câblage des différents éléments.

Le contrôle de cet écran se fait via une carte électronique maison, architecturée autour d’un microcontrôleur PIC18F8722.   L’écran est câblé en 2 matrices : une pour les boutons et une pour les DELs.  Plusieurs circuits logiques et buffers permettent au microcontrôleur de gérer les 2x 300 pixels de l’écran de manière simple et rapide.  Le microcontrôleur gère les divers programmes qui sont affichés, comme un affichage des bandes de l’égaliseur ou encore divers jeux qui dépendent de la musique.  Tout le code a été écrit en C18.

Spécifications techniques:

  • Matrice de 15 lignes et 20 colonnes de boutons poussoirs illuminés, multitouch
  • PIC18F8722 avec circuits logiques pour gérer l'affichage et les jeux
  • Interface avec ordinateur, ports série RS-232 et USB
  • Circuit imprimé 2 couches avec connectique optimisée, composantes montées en surface
  • Plusieurs jeux permettant une interaction avec la musique
  • Écran modélisé en 3D sous SolidWorks

Vidéo:

À venir!