Conception et réalisation d'une plateforme mobile commandée à distance

Abstract

L’appellation « robots mobiles » regroupe l’ensemble des robots à base mobile, par opposition, aux robots manipulateurs. On désigne par ce terme plus les robots à roues que les robots de type locomotion (qu’ils soient marcheurs, sous-marins ou aériens). Lors de ce projet nous nous sommes focalisés sur la perception de l'environnement par un robot, à travers la cartographie de l'environnement et la localisation du robot mobile. Pour cela, un système de fusion de données est proposé afin d'estimer ces informations. Ce système de fusion est alimenté par plusieurs capteurs dont une caméra, un capteur de température, un capteur du Gaz, un capteur d’humidité, Télémètre ultrasonore et un module GPS. Le robot est piloté quasi-entièrement de la terre se trouvant pourtant à des millions de kilomètres. Il est contrôlé à distance par des modules RF via un réseau d’internet. Ce choix montre les difficultés que représente la réalisation d'un robot autonome capable d'évoluer en milieu inconnu. Pourtant, de nombreux chercheurs se sont intéressés à la possibilité de donner à un robot les moyens de percevoir un environnement complètement inconnu et motivés par de vastes domaines d'applications. On peut notamment penser aux applications d'aides qui permettent aux personnes de suivre leurs maisons à distance via un réseau internet ou dans le domaine de la sécurité. Notre travail comporte deux chapitres : Dans le premier chapitre de ce mémoire, on rappellera de manière générale, dans un premier temps, le fonctionnement des modules radiofréquences de 433MHz et 869MHz, ainsi que leurs caractéristiques importantes. Le deuxième chapitre comporte la conception d'un robot mobile avec ces différentes applications. Sommaire Introduction générale . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …. . …..1 CHAPITRE I : Modules radio fréquence - UHF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .2 I.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . …. . …2 I.2. Etude du canal de transmission. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …2 I.2.1. La bande ISM à 433 MHz… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . …2 I.2.2. Propagation des ondes radiofréquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … . . …2 I.2.2.1. La propagation du signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . …2 I.2.2.2. Les pertes en espace libre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . …3 I.3. Les modules radio fréquence . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . …4 I.3.1. Emetteurs radio fréquences de 433,92 MHz et 869.85 MHz . . . . . . . . . . . . . .. …4 I.3.1.1. Les caractéristiques Module radio émetteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . …6 I.3.2. Récepteurs radio fréquences de 433,92 MHz et 869.85 MHz . . . . . . . . . . .. . …7 I.3.2.1. Les caractéristiques Module radio Récepteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . …9 I.3.3. Antenne. . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . .. . . …9 I.3.3.1. Les éléments de base des antennes. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . ….10 I.3.3.2. Simulation des antennes par logiciel 4Nec2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. …10 I.3.4. Domaine d’application de ses Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . …12 I.4. Communication sans-fils entre deux ordinateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . I.4.1. Test le fonctionnement des Modems RF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . …12 .12 I.4.2. Architecture et conception. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . …13 I.4.3. Conception de la page WEB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . …14 I.4.3.1. Notion de site Web Statique / Dynamique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …14 I.4.3.2. Langages de programmations pour la conception de la page Web. . . ….. . 14 a. Le code HTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …14 b. Le CSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Le Java Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . . . . . …14 .15 d. PHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . …15 e. L’approche Ajax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . …17 I.4.4. Fonctionnement des modems UHF . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . …18 I.4.5 Schéma synoptique du fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . ... . . …….21 I.5. Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . …21 CHAPITRE II : Description du Robot Mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …..22 II.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . …. 22 II.2. Robot Mobile . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …22 II.2.1. Plateforme du robot mobile… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. …23 II.2.1.1. Caractéristiques de la plateforme 4WD/Baron. . . . . . . . . . . . . . . . . …23 II.2.2. Les moteurs pas à pas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . …23 II.2.2.1. Principede fonctionnementdesmoteurs pas à pas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .…23 a. Le moteur unipolaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . …24 b. Commande desmoteurspas à pas àbase duPICetdestransistors. . . . . . . . . . …25 c. Transistor en commutation. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . …26 d. Fonctionnement du transistor en commutation . . . . . . . . . . . . . . …26 e. Commande de relais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . …26 II.2.3. Les servomoteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. …27 II.2.3.1. Caractéristiques du servomoteur. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . …27 II.3. Description des équipements du Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …28 II.3.1. Capteur de température. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . …28 II.3.1.1. Capteur Lm335. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …28 II.3.2. Capteur d’humidité . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . …30 II.3.3. Détecteur de Gaz naturel . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . …31 II.3.4. Capteurs ultrasons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . ….32 II.3.4.1. Caractéristiques physiques et techniques des capteurs ultrasons . . . …33 II.3.5. La caméra Micro-Cam RS232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . …35 II.3.5.1. Le principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . II.3.6. Le système de positionnement et de navigation (GPS). . . . . . . . . . . . . . . . …35 .36 II.3.6.1. Principe de fonctionnement du système GPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …36 II.3.6.2. Qu’est-ce qu’une position ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .…37 II.3.6.3. La mesure de distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . …37 II.3.6.4. Le principe de localisation par GPS . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . …..38 II.3.6.5. Présentation du NMEA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …39 II.3.6.6. Positions GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. GoogleMaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . . . . . …39 .39 b. Services offerts par GoogleMaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …39 c. GoogleMaps en Algérie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . …40 II.4. Fonctionnement général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . …40 II.4.1. Organigramme de fonctionnement du Robot mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . …….43 II.5. Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …44 Conclusion générale