rovio_slci-3.pdf

7/24/2019 ROVIO_SLCI-3.pdf

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ROBOTROVIO

MODLISATIONSLCI

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Le robot ROVIO est une webcam mobile sans fil qui permet

de voir, dentendre, de parler et de se dplacer chez soi depuis

nimporte quel point de la plante, grce la technologie

Web intgre se connectant directement au rseau WiFi de la

maison.

Laccs distance au robot ROVIO et ses fonctions

multimdias se fait depuis nimporte quel navigateur Internet

ou appareil mobile capable daller sur le Web. Les possesseurs

diPhone peuvent utiliser une application gratuite spcifique

permettant de contrler ROVIO distance. De simples

mouvements avant/arrire ou gauche/droite de liPhone font

se dplacer ROVIO tout en visualisant lenvironnement en

plein cran.

Les roues holonomiques du robot (3 roues principales composes de 10 mini-roues chacune), lui donne une

trs grande maniabilit et permettent de se dplacer facilement dans absolument toutes les directions. La camra

du robot espion est place sur un bras articul offrant diffrents angles de vue possible : ras du sol, mi-hauteur ou

regardant vers le haut. ROVIO est en outre muni dun clairage par LED qui permet de distinguer les obstacles et

ainsi de ce dplacer en toute srnit en cas dobscurit.

Pascal L NC Page 1 sur9


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Dot dune base de chargement, le robot ROVIO retourne automatiquement se recharger quelque soit lendroit

o il se situe. Grce sa camra IP, il intgre des fonctions de surveillance tel que lenvoi automatique dune photo

par email en cas de mouvements dans la maison.

La chaine dinformation du robot ROVIO support de ce TP a t modifie pour permettre de raliser les

mesures de dplacement.

FIGURE1 Chaine fonctionnelle

Objectif Technique :

Modliser lasservissement en position du bras permettant dorienter la webcam.

Objectif pdagogique :

Au terme de ce TP, vous devez tre capable :

didentifier les constituants dune chane fonctionnelle ;

de modliser une chane fonctionnelle sous la forme dun schma bloc ;

didentifier, partir de courbes exprimentales et de documents techniques, les fonctions de transfert des

diffrents blocs ;

de simuler le comportement dynamique dune chane fonctionnelle laide dun logiciel adapt ;

de confronter les rsultats issus de la simulation aux mesures et danalyser les carts ventuels.



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Le robot ROVIO.pdf

Le robot ROVIO.mp4

Le TP comporte 3 tapes :

Modlisation: Le schma bloc de lasservissement est construit partir du modle de connaissance des

diffrents composants dont certains paramtres doivent tre identifis par des mesures sur le robot.

Simulation: Cette tape consiste tester le modle labor et relever les performances simules.

Validation du modle: Cette tape consiste confronter le rsultat de la simulation une mesure effectue

(dans les mmes conditions) sur le robot. Il est alors demand danalyser les carts et damliorer ventuellement la modlisation ;

deffectuer dautres essais (amplitude de consigne, type de consigne) de faon dfinir un domaine de

validit.

Votre quipe doit comporter :

un groupe en charge des activits de modlisation (surlignes enrouge) ;

un groupe en charge des activits de mesure permettant didentifier certains paramtres (surlignes envert) ;

un chef de projet en charge de la coordination des 2 activits.

Lanalyse des rsultats (surligne enviolet) devra tre mene par lensemble de lquipe sous la responsabilitdu chef de projet.

La modlisationdes diffrents composants va vous permettrede complterle schmabloc (figure2)dusystme.

FIGURE2 Schma bloc de lasservissement en position du bras

http://h/SII/TP/Rovio/Le_robot_ROVIO.pdfhttp://h/SII/TP/Rovio/Le_robot_ROVIO.mp4http://h/SII/TP/Rovio/Le_robot_ROVIO.mp4http://h/SII/TP/Rovio/Le_robot_ROVIO.mp4http://h/SII/TP/Rovio/Le_robot_ROVIO.pdfhttp://www.wowwee.com/en/products/tech/telepresence/rovio/rovio


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Vous allez successivement modliser :

Le rducteur

La conversion analogique-numrique de la carte Arduino+hacheur

Le potentiomtre Le moteur+bras

Le codage de la consigne

Remarque: leffet de la pesanteur sur le couple rsistant ne sera pas pris en compte dans un premier temps

FIGURE3 Schma cinmatique du rducteur FIGURE4 Caractristiques des engrenages

Une tude cinmatique permet de dterminer les rapports : Kr1=

r(t)m(t)

= 0,006 et Kr2=

s(t)r(t)

= 0,378

Convertisseur Analogique Numrique (CAN)

La numrisation de la tension de sortie du potentiomtre se fait laide dun

convertisseur analogique-numrique intgr la carte Arduino.

Nr(t) = KC ANUr(t)



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avec

Nr(t): mesure de la position en points

Ur(t): tension de sortie du capteur en volt

Le constructeur de la carte annonce un codage sur 10 bits (2

10

valeurs possibles) de la grandeuranalogique dentre comprise entre 0 et 5 v.

Calculer la valeur du coefficient de conversionKC AN.

Convertisseur Numrique Analogique (CNA)+Hacheur

La conversion numrique-analogique de la commande est ralise par un Modulateur de Largeur

dImpulsion(MLI)(ouPWMenanglais)associunhacheur(pr-actionneurdumoteurcourantcontinu).

La commande Nc omstocke sur 1 octet (28 valeurs possibles) permet de grer (en thorie de faon

proportionnelle une tension de rfrence) la tension dalimentationUmdu moteur. Des mesures sur le

systme nous ont permis de tracer le graphe figure5.

FIGURE5 Caractristiques du Convertisseur Numrique Analogique

Donner la valeur thorique de la conversionKCN A.



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La variation de la position angulaire induit une variation

linaire dune rsistance. Ainsi, on aUr(t) = Kc apr(t)avec

Ur(t) la tension (en volt) image de la position angulaire

r(t)(en degr) de plus Kc ap = Ual

Maxavec

Ual= 5V

Max= 2

Kc ap= 5

2Vrads1

FIGURE6 principe potentiomtre

Equations lectromcaniques :

cm(t) = KTim(t)

e(t) = KEm(t)

Equations mcaniques :

cm(t) cr(t)fm(t) =Jdm(t)

d t

m(t) =d(t)

d t

Equation lectrique :um

(t) = e(t) +Ld i(t)

d t +Ri(t)

avec



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Les quations de fonctionnement du moteur permettent dtablir, dans les conditions dHeaviside, le

schma bloc figure7

FIGURE7 schma bloc du moteur

Montrez que (dans le domaine de Laplace) la vitesse m(p)et de la position m(p)sont modlises

par les quations suivantes :

m(p) = 1

KTKE+R(f +J p)

KTU(p)RCr(p)

m(p) = 1

KTKE+ R(f +J p)p

KTU(p)RCr(p)

Le couple rsistantCrdpend principalement des frottements au niveau des guidages (valeur constante

C0) et du poids du bras (valeur dpendant de s)Si lon oriente le Rovio de faon avoir une volution du bras dans le plan horizontal, le couple rsistant

du au poids peut tre nglig.

Danscesconditions,montrerquepourunetensiondecommandeconstante: um(t) =U0, lexpression

de la vitesse de rotation en rgime stabilis est :m= 1

KTKE+ R f [KTU0 RC0]

Estimation des valeurs de f et C0 :

Aprs avoir dcompress le fichier RovioScilab dans un rpertoire temporaire, ouvrir le fichier

TeteRovioBO.zcos

Sassurer que le bras est entirement repli (sinon appeler votre professeur)

Effectuer plusieurs essais en faisant varier la commande (Ncom) de 100 250 par pas de 25 comme le

montrer la figure ci-dessous.



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Pour chaque essai, exporter la mesure vers un fichier essaiBOX.jpg (X sera remplac par la valeur

de la consigne) qui sera enregistr dans un rpertoire temporaire ou sur votre cl USB puis ramener le bras

en position replie en imposant une consigne de valeur oppose.

Ouvrir chaque image laide de Paint (ou autre application) puis tracer lasymptote et la tangente

horizontale lorigine.

Relever la pente de lasymptote et labscisse de lintersection des droites.

En utilisant le schma bloc, tablir la relation liant Nr(t)et m(t). En dduire la relation liant Nr(t)

et m(t) =m(t)puis, pour chaque essai, la vitesse de rotation mdu moteur en rgime stabilis.

En utilisant les rsultats de lessai en charge du convertisseur Numrique-Analogique (3.2.2), tablir

pour chaque essai la tension U0du moteur.

Tracer le graphe m(U0).

En dduire une estimation des valeurs de f et C0.

Estimation de la valeur deJ :

On peut montrer que lasymptote la courbe de position coupe laxe des abscisses linstant =R J

KTKE+R f Tracer le graphe (U0). En dduire une estimation de la valeur deJ.

Le codage transforme langle de consigne c(t)(en degr) en angle de consigne numrisNc(t)en

points.

En utilisant le schma bloc, tablir la relation liant Nr(t)et s(t).

Que modlise le bloc180

?



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La relation entre les deux grandeurs est : Nc(t) = Kc odc(t)

Quelle expression deKc odpermet davoir N= 0 lorsque c= s.

Avec lapplication Xcos de Scilab, ouvrir le fichier TeteRovioBFSansPesanteur.zcos .

Modifier les paramtres du contexte en utilisant les valeurs dtermines au paragraphe 3.

Lancer un essai avec une consigne de 60.

Relever les performances de la simulation et de la mesure : Temps de rponse 5% ;

Dpassement maximum de la valeur finale;

Erreur statique.

Que modlise le bloc ?

Comparer les rsultats. La modlisation est elle pertinente ?

Refaire lessai avec des valeurs 5, 10 du correcteurKp. La modlisation reste elle pertinente ?


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