Stage Industriel Rapport de stage

1 Stage IndustrielRapport de stageJulien CHEVRIER1 Table des mati`eres1 Remerciements42 Introduction53 Le laboratoire de recherche en robotique spatiale de l uni-versit e de L universit e de Tohoku .. Le laboratoire de recherche en robotique spatiale .. esentation du laboratoire .. en cours au sein du laboratoire ..64 Objectifs de la mission Sujet de Stage .. Cahier des charges fonctionnel .. Crit`eres de validation du projet .. Moyens mis a disposition .. Planification du projet .. 145 R ealisation du Analyse du cahier des charges .. Conception g en erale .. Conception d etaill ee .. de la force en bout des pattes .. de contr ole des pattes hybrides.

2 De contr ole principal .. de contr ole en balance .. Plan de test de conformit e .. Validation .. R esultats .. 326 Conclusion327 Glossaire348 Bibliographie349 Main et Interruptions .. ADCs .. UARTs .. Utilitaires pour le contr ole des servomoteurs Dynamixel .. 5031 RemerciementsJe tiens `a remercier messieurs P. Gloess et S. Azzopardi pour avoir permisl echange avec l universit e de Tohoku en etablissant une convention d remercie egalement le professeur K. Yoshida pour avoir egalement par-ticip e `a la signature de la convention d echange du c ot e japonais, et pourm avoir accept e dans son remercie egalement le docteur E. Rohmer, pour m avoir pris commestagiaire sur son robot, LEON, et pour m avoir aid e pour toutes les d emarchesadministratives sur IntroductionMes objectifs pour ce Stage de deuxi`eme ann ee etaient `a la fois techniques,culturels et linguistiques.

3 Le premier d eux etait d observer les m ethodes detravail au Japon, ainsi que de d ecouvrir les technologies utilis ees. Ce stageme permettait egalement de d ecouvrir le Japon, terre de contrastes, et assezm econnu. J avais egalement pour but d am eliorer ma pratique de l anglais etm am eliorer egalement en ai choisi l universit e de Tohoku pour son laboratoire de recherche enrobotique. J ai choisi le sujet propos e portant sur un robot hexapode, carcela se rapprochait d un de mes sujets d eveloppements personnels en un premier temps, l universit e de Tohoku ainsi que le laboratoire derecherche en robotique spatiale seront pr esent es. Ensuite, nous pr esenteronsles objectifs de la mission et nous terminerons par d etailler la r ealisation Le laboratoire de recherche en robotiquespatiale de l universit e de L universit e de TohokuL universit e de Tohoku est la plus grande uni-versit e de la r egion nord-est du Japon.

4 Celle-ci estsitu ee `a universit e est divis ee en plusieurs campus, cha-cun ayant sa sp ecialit e. Un de ces campus est d edi e`a l ing enierie. Dans ce campus, chaque etudiant estaffili e `a un laboratoire, o`u il exerce des recherchespour celui-ci. Les etudiants ont peu de cours : envi-ron 10 heures par semaine. Le travail en laboratoire est en quelque sorte destravaux pratiques, o`u ils appliquent leurs Le laboratoire de recherche en robotique Pr esentation du laboratoire5Le laboratoire de recherche en ro-botique spatiale se situe dans le b ati-ment d ing enierie m ecanique de l uni-versit laboratoire est dirig e par le pro-fesseur Kazuya Yoshida et assist e parle professeur Keiji laboratoire a d ej`a parti-cip e `a plusieurs projets li es avecla JAXA (agence a erospatiale ja-ponaise), notamment sur la mis-sion Hayabusa, mission visant`a r ecup erer de la roche prove-nant d un ast ero de.

5 Pour cettemission, plusieurs syst`emes der ecup eration d echantillons ont et e imagin es et test es dans ce Recherches en cours au sein du laboratoireDans le laboratoire, plusieurs syst`emes appliqu es `a des robots sont encours d y a, par exemple, le robot El Dorado (photo ci-contre), sur lequel sont effectu es des tests sur du sablepour tester la friction des roues sur celui-ci, et effectuerdes corrections de trajectoire en cas de laboratoire poss`ede egalement uneversion plus grande de ce robot, equip ede t el em`etres LASER, servant `a r ealiserun plan en trois dimensions de son equipe d etudiants du laboratoireparticipe `a la comp etition ARLISS ( ARocket Launch for International StudentSatellites).

6 Le but de cette comp etitionest d envoyer un robot `a 4000 m`etres etfaire en sorte que ce robot rejoigne unpoint d efini. Simon Desfarges, etudiant `al ENSEIRB, a particip e `a cette comp Objectifs de la mission Sujet de stageLe Stage a et e effectu e sur un robot hexapode hybride nomm e LEON,acronyme de Lunar Exploration Omnidirectional Netbot (Fig. 1). Ce robotest la r ealisation et le sujet de recherche du Docteur E. robot hybride est compos e de six pattes `a trois degr es de libert e dont deuxpouvant se replier sur elles-m emes pour former des roues. Ce robot poss`edeainsi deux modes de d eplacement : Un mode pattes , lui permettant de marcher et de franchir divers obs-tacles Un mode roues , lui permettant d aller plus vite et d economiser del A gauche : mode roues , au centre : mode pattes , `a droite :m ecanique r ealis ee `a ce jourLes actionneurs utilis es (Fig.)

7 2) sont des servomoteurs Dynamixel. Ce sontdes servomoteurs `a commande num erique via un bus de donn ees Servomoteur Dynamixel DX117 Ces servomoteurs peuvent fonctionner de deux mani`eres : En consigne d angle, comme un servomoteur classique. Le servomoteurcherche `a atteindre la consigne d angle donn ee. En rotation continue. La vitesse est le param`etre de contr ole de servomoteurs ont plusieurs param`etres qui peuvent etre d efinis : Vitesse de rotation Couple Ecart maximum avec la consigne (en mode consigne d angle) Vitesse de la communication RS485 ordres donn es `a ces servomoteurs se font par un protocole particulier(Fig. 3). Ce protocole est nomm e protocole Dynamixel dans la suite durapport.

8 Un paquet Dynamixel comporte les el ements suivants : 2 octets ayant pour valeur 0xFF, indiquant le d ebut d une trame l ID de l el ement concern e la longueur du paquet l instruction envoy ee divers param`etres li es `a l instruction un checksum de contr Exemple de paquet Dynamixel8 LEON est un robot t el eop er e. Il embarque un ordinateur Vaio pour lecontr ole bas niveau du robot (contr ole des actionneurs, et synchronisationdes phases de mouvement des pattes). Le Vaio contr ole donc les mouvementsdu robot. L ordinateur Vaio est connect e par liaison sans-fil `a une plateformede contr ole haut niveau du robot (direction et vitesse du robot). Cette pla-teforme est bas ee sur la librairie ODE (Open Dynamics Engine), permettantd avoir une simulation dynamique en temps r eel du robot en plus du contr olede celui-ci.

9 Cette plateforme a pour nom ERODE (ER, etant les initiales del auteur).Une architecture simple (Fig. 4) a et e d ej`a r ealis ee permettant un fonctionne-ment en mode pattes : le Vaio communique directement par liaison RS485par l interm ediaire d un module USB2 Dynamixel . Cependant, cette archi-tecture electronique ne permet pas de faire fonctionner ce robot en moderoue : en effet, si les pattes hybrides se mettaient `a tourner, cela enrouleraitles c ables autour des axes de ces pattes. L architecture d ecrite en Fig. 4 secompose de quatre nivaux : Navigation level : Son objectif est de g en erer un mod`ele 3D de l envi-ronnement du robot par l interm ediaires de laser range finder, et d unretour visuel par une cam era pour aider l op erateur `a naviguer.

10 Body level : Il est la colonne vert ebrale et le cerveau du robot. L ordina-teur principal est un Vaio UX91 qui fait office d interface de communi-cation entre les capteurs/actionneurs et la plate-forme de t el erobotiqueERode. Il s occupe aussi du contr ole moyen et bas niveau des action-neurs , et rapporte du status des capteurs embarqu es (acc el erom`etres,capteurs de force, configuration angulaire des ). On ytrouve aussi le module USB2 Dynamixel pour la communication entrele Vaio et les servomoteurs. Leg level : C est le niveau dans lequel se trouvent les servomoteurs. Unmicro-contr oleur SH4 est utilis e pour lire les capteurs de force au boutdes pattes. Contact sensor level : On trouve dans ce niveau les capteurs de forceau bout des Architecture de basePlusieurs solutions avaient d ej`a et e envisag ees pour pouvoir avoir un mode roues fonctionnel : La premi`ere consistait en l utilisation de contacts tournants( Slip rings )10 La deuxi`eme imposait une s eparation compl`ete du corps et des patteshybrides au niveau electrique, faisant ainsi des pattes hybrides des sys-t`eme autonomes communicant avec le corps par des moyens de com-munication sans deuxi`eme solution avait et e retenue pour des raisons de budget.