Fiche de synthèse TPE

Fiches de synthèse

Quentin BARRIÈRE

1ère Scientifique 3 (SI), Lycée Pierre de Fermat

Synthèse sur le robot Patrick

Introduction :

Pour ce TPE de classe de première, mon groupe composé de Mathis Pastorelli, Grégoire Charleux, Yannis Lamoussière et moi-même avons décidé de nous orienter vers le thème de la robotique permettant d’allier les Mathématiques et la Physique. Ce thème a amené la problématique suivante qui est : Comment aider nos grands-parents à limiter leur trajet et effort en transportant automatiquement, leur objet les plus usuels à l’intérieur de leur maison ? Elle fut trouvée par Mathis Pastorelli puis accepté par le groupe entier. En effet les personnes âgées se fatiguent de manière plus rapide que les personnes plus jeunes. Donc si nous pouvions limiter leur déplacement, cela aurait pour effet de préserver leurs forces.

Historique et présentation :

        Le robot, plus communément appelé « Patrick » par l’ensemble des membres du groupe devait pouvoir transporter au minimum 5 kg, avoir une masse de 5 kg maximum, avoir des dimensions permettant le transport d’objet un peu encombrants soit : 40 cm de hauteur, et une base carrée de 30 cm de côté, et avoir au moins 2h00 d’autonomie.

Au début du projet, le robot devait pouvoir se déplacer vers son utilisateur grâce à des ultrasons. Pour cela, il y aurait eu un échange entre le robot et une télécommande en possession de l’utilisateur lui permettant de savoir dans quelle direction s’orienter. Il fallait donc effectuer deux échanges qui permettraient de connaître la distance séparant le robot de l’utilisateur lors d’une première mesure. Cette distance est calculée grâce à la vitesse de déplacement du son dans le vide qui est d’environ 340 m/s. En effectuant deux mesures à différents endroits d’un même pièce, le robot pourrait obtenir la direction précise dans laquelle s’orienter (la distance entre ces deux endroits étant près définie) afin de pouvoir s’orienter vers son utilisateur. Je me suis donc occupé de trouver une formule permettant de déterminer l’angle dans lequel devraient s’orienter les roues du robot en fonction des deux mesures de distance précédentes, afin qu’il puisse se déplacer vers son utilisateur. La formule trouvée est une application du théorème d’Al-Kashi également appelé loi des cosinus ou encore théorème de Pythagore généralisé. Ce théorème dit qui dans un triangle ABC ayant α, β et γ pour angles et a, b et c pour longueurs de côtés respectivement opposés à ces angles on a : c2 = a2 + b2 – 2ab.cos(γ) . L’application que j’ai trouvée de ce théorème permet de calculer les angles d’un triangle dont on connaît les trois côtés : imaginons que : c soit la première distance déterminée par l’échange d’ultrasons, a  la distance de déplacement du robot près définie et b la seconde distance déterminer par échange d’ultrasons. Il nous faut donc déterminer l’angle γ qui sera l’angle de rotation des roues. Et pour cela on voulait utiliser cette formule déduite du théorème lui-même : γ = arccos[(a2 + b2 - c2) / 2ab].

Pour que le robot puisse s’orienter, il fallait mettre en place un système permettant de faire tourner ses roues selon un angle précis : soit l’angle γ. Je me suis donc chargé de la réflexion et de la conception de ce système de direction.

Dans un premier temps, ce système ne contenait qu’une seule roue motrice et un servomoteur. Seulement, des problèmes de stabilité nous ont forcés à utiliser deux roues motrices et pour que celles-ci ne frottent pas sur le sol lors de leur orientation grâce au servomoteur, il fallait que l’on puisse également les soulever. J’ai donc pour cela recherché pendant plusieurs heures un système adéquat avant de tomber sur celui-ci : il s’agit d’un kit tourelle pour servomoteur permettant sur un pan d’entraîner une rotation du bloc moteur, ce qui permet de le décoller du sol, et sur un autre, d’assurer sa rotation et donc permettre au robot de se diriger dans la bonne direction.[pic 1]

Problèmes rencontrés et les solutions apportées :

        Finalement, en raison des problèmes liés à l’écho, qui auraient étés ingérables, le matériel pour émettre et recevoir des ultrasons étant presque inexistant, avec le peu qui existait étant hors de prix, nous avons donc décidé de ne plus utiliser les ultrasons. Seulement le temps avançait et il nous était impossible de changer de sujet et de problématique. Il fallait donc trouver une autre solution pour rester dans la problématique du robot se déplaçant vers son utilisateur. Mathis a donc découvert qu’il était possible d’utiliser la reconnaissance faciale. Étant tous à court d’idée on a accepté. Seulement, le fait d’utiliser la reconnaissance faciale entraîne l’abandon de toute expérience dans la discipline de la Physique au profit de la programmation. De plus ma recherche sur la loi des cosinus fut abandonnée car elle ne nous serait plus d’aucune utilité. Par conséquent, tout l’aspect programmation est retourné à Mathis Pastorelli, qui est le seul à savoir programmer. Avec les autres membres du groupe nous avons donc eu plus de mal à trouver des choses à faire pendant les séances de TPE, car la programmation est le centre du projet et nous étions bien incapables de faire quoi que ce soit pour. Heureusement pour moi, le plus grand atout que j’avais dans ce TPE était le bricolage. En effet la construction du robot est une des parties les plus importantes du TPE hormis la programmation bien sûr. Ne pouvant faire autre chose, je me suis rabattu dessus et ai donc conçu et fabriqué par la suite le corps du robot, et un bon nombre de pièces comme le système de direction comportant la tourelle de servomoteur, le support de la caméra, de l’écran LCD, des boutons poussoirs… J’ai également effectué une grande majorité des soudures permettant le câblage de ces mêmes composants électroniques. L’assemblage du moteur fut réservé à Yannis Lamoussière et Grégoire Charleux.

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