Robots jardiniers

Présentation

Objectifs pédagogiques

Les objectifs pédagogiques de l'option Robotique sont les suivantes :

• découvrir la robotique en s'appuyant sur une démarche pratique et concrète ;
• savoir mettre en œuvre des capteurs analogiques et numériques ;
• acquérir des notions sur la commande des moteurs et leur asservissement ;
• maîtriser les spécificités des interfaces de puissance à base de commutation (hacheurs, pont en H) ;
• prendre conscience des difficultés pratiques et technologiques de mise en œuvre de robots ;
• mettre en œuvre une démarche de reverse-engineering pour la prise en main du matériel ;
• mettre en œuvre une démarche DD-RSE, afin d'évaluer la réparabilité des plateformes robotiques utilisées ;
• savoir programmer des scénarios de comportement prenant en compte l’environnement ;
• bonne pratique de programmation C ou Python : commentaires, noms intelligibles de variables ou fonctions, utilisation d'un dépôt Git...
• méthodologie de gestion de projet, en groupe : gestion des ressources, gestion du temps, plan de tests...
• s’initier à une démarche de Design Thinking pour la conception de projet.

Modalités d'évaluation

Les modalités d'évaluation du module seront :

• avancée du projet : intérêt porté au projet, travail pendant et en dehors des séances, efficacité du travail en groupe...
• utilisation des outils et notamment mise à jour du Wiki ;
• présentation + démonstration technique finale du projet ;
• examen écrit (QCM, sans document) - jeudi 4 mai ;

Outils à utiliser

1. wiki : explication et documentation du projet ;
2. projet GitLab (serveur de TSE) : sauvegarde et suivi de version des différents code ;
3. ToDoList avec les missions de chaque étudiant, au fur et à mesure des séances ;

Missions des robots jardiniers

Les robots jardiniers devront réaliser les actions suivantes :

1. départ de la base du robot 1 ;
2. exploration de l'environnement en évitant les obstacles ;
3. évaluation des paramètres environnementaux : lumière, UV, température, humidité, humidité du sol\ldots
4. si détection de paramètres propices, communication vers les robots 2 et 3 ;
5. cheminement des robots 2 et 3 jusqu'au point de sinistre, à partir des informations fournies par le robot 1 ;
6. action des robots 2 et 3 au point cible : arrosage, forage du sol\ldots

Prise en main des plateformes

Alimentation

• Le robot maître :

1. Il possède un convertisseur de tension 9-18 à 5VDC. Il s'alimente à l'aide d'une batterie de 9.6V composée de 8 cellules Ni-Mh, la tension maximale est d'environ 10.7V.
2. Les moteurs fonctionnent jusqu'à un maximum de 7.2V, ils consomment chacun à 0.5A en fonctionnement à vide et jusqu'à 1.3A en fonctionnement nominal (à un couple de 2 kgf-cm) : Documentation du moteur

• Les robots esclaves ont deux sources d'alimentation :

1. La partie logique est alimentée par une pile 9V au travers d'une carte TRACO POWER (4.5-9V -> 3.3V). Celle-ci alimente la carte Teensy et la carte Sparkfun ESP32 Thing.
2. La partie puissance est alimentée par un ensemble de 8 piles Ni-Mh, qui délivre 9.6V. Elles sont connectés au port Pvex1 (et à la masse juste en dessous) d'après cette représentation du PCB.

Les deux parties sont séparées sur le PCB à l'aide du cavalier placé du côté du coté du connecteur d'alimentation.

Programmation des cartes

• ESP32 :

- Ajouter le support de la carte dans l'IDE Arduino en insérant ce lien dans Fichier → Préférences → URL de gestionnaire de carte supplémentaire : https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

- Dans Outils → Type de carte → Gestionnaire de cartes, rechercher et installer ESP32

- Dans Outils → Type de carte sélectionner "ESP32 Dev Module"

D'après le pin layout de l'ESP32, il y a une led conncectée au pin 5, vous pouvez donc essayer de la faire clignoter pour tester la communication PC-ESP32.

• Teensy :

- Installer le support de la carte dans l'IDE Arduino en suivant ce tuto : lien

Vous pouvez ensuite utiliser [

En fonction de l'avancée du projet, d'autres types d'action pourront être ajoutés.

Choix des capteurs

Afin de pouvoir mesurer au mieux les caractéristiques du terrain pour déterminer où il devra planter et où il devra arroser, notre robot aura besoin de plusieurs capteurs:

• Un capteur à UV pour la luminosité
• Un capteur d'humidité de l'air
• Un capteur de température
• Un capteur pour mesurer d'humidité du sol
• 4 capteurs de proximité à ultrason pour détecter les obstacles

Capteur humidité du sol

Après étude, nous avons choisi d'utiliser le capteur "Grove moisture sensor". Sa forme de fourche lui permet de se planter dans le sol plus facilement. Son fonctionnement est simple, plus le sol est humide, plus le courant pourra passer entre les 2 dents de la fourche

Prise du capteur d'humidité du sol dans un sol sec

Prise du capteur d'humidité du sol dans un sol sec

Tableau récapitulatif des mesures du sol (prises à Télécom un lendemain de jour de pluie et un jour sec)

Etat du sol	Valeur mesurée par le capteur
Terre sèche	300
Terre sèche avec herbe	350
Terre avec herbe (pluie la veille)	600
Terre sèche après avoir été humidifiée	650
Terre trempée	720

Ces mesures nous permettent alors de déterminer les valeurs pour lesquelles le sol a besoin d'être arrosé ou non. On détermine alors que lorsque le sol a besoin d'être arrosées, nos valeurs de retour seront inférieures à 400, et lorsque le seuil a été arrosé récemment, nos valeurs seront supérieures à 400.
On décide alors de fixer le seuil du capteur à 400