Exercices sur le robot sumo, Exercices de Ingénierie et technologie spatiale
Marcel90
Marcel9022 April 2014

Exercices sur le robot sumo, Exercices de Ingénierie et technologie spatiale

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Exercices de technologies industrielles sur le robot sumo. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: étude du système, dètection du robot.
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BACCALAUREAT GENERAL Session 2009 Série S SI

ETUDE D'UN SYSTEME PLURITECHNIQUE Durée de l'épreuve: 4 heures

Coefficient : 4

Le matériel autorisé comprend toutes les calculettes de poche, y compris les calculatrices programmables alphanumériques ou à écran graphique, à condition que leur fonctionnement

soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage d'imprimante, conformément à la circulaire n° 99-181 du 16 novembre 1999.

Les réponses seront faites sur documents réponses et feuilles de copie fournis aux candidats. 1/ est conseillé de traiter les différentes parties dans l'ordre.

1 - Présentation de l'étude et du système 2 - Etude de fa détection du robot adverse 3 - Validation du choix de la motorisation 4 - Validation des choix stratégiques 5 - Optimisation de la phase de poussée 6 - Vérification des capacités de l'énergie embarquée 7 - Amélioration des performances du robot

20 min 30 min 60 min 60 min 40 min 20 min 10 min

DTü à DT3

DR1 à DR4

BACCALAUREAT GENERAL Session 2009 Série S SI

1 - PRESENTATION DE L'ETUDE ET DU SYSTEME

1.1 - Introduction 1.2 - Extrait du règlement du concours 1.3 - Présentation du Robot Sumo: FASTdu Robot 1.4 - Identification des choix technologiques

2 • ETUDE DE LA DETECTION DU ROBOT ADVERSE

3 •..VALIDATION DU CHOIX DE LA MOTORISATION

, 3.1 - Etude préliminaire: détermination de l'effort de poussée: Fpoussée

3.2 - Détermination du couple moteur: Cmoteur

4 - VALIDATION DES CHOIX STRATEGIQUES

4.1 - Détermination de la vitesse angulaire du moteur 4.2 • Détermination de la tension moyenne aux bornes du moteur et du

rapport cyclique de la MLI 4.3 • Programmation de la MLI du microcontrôleur PIC

5 - OPTIMISATION DE LA PHASE DE POUSSEE

6 - VERIFICATION DES CAPACITES DE L'ENERGIE EMBARQUEE

7 - AMELIORATION DES PERFORMANCES DU ROBOT

1- PRESENTATION DE L'ETUDE ET DU SYSTEME

La robotique - science et technique de la conception et de la construction des robots - a aujourd'hui investi de nombreux domaines tels que le domaine industriel, aérospatial, grand public sous forme d'aspirateurs ou de tondeuses autonomes et tout dernièrement, le milieu du jouet.

Le robot qui fait l'objet de notre étude, permet de participer à des concours de robotique très appréciés outre atlantique, ainsi qu'au Japon. Ces concours se développent actuellement sur le vieux continent.

Les Sumos, ce sont ces énormes japonais qui se servent de leur corpulence pour pousser leur adversaire au-delà d'un cercle. Certains sont même considérés comme des demi- dieux au pays du soleil levant. Aujourd'hui, nul besoin d'avoir le régime alimentaire d'un Sumotori pour assouvir votre passion pour ce sport, il vous suffit de posséder un Robot Sumo et en jouant sur la masse, la puissance et la programmation de votre robot, vous pourrez peut- être dominer votre adversaire.

En dehors des limitations physiques des robots liées aux différentes catégories, les règles sont directement issues des combats de Sumos. Il faut tout simplement, pousser son adversaire en dehors d'un disque, appelé « DOHYO». Ce disque est peint en noir mat et bordé par une ligne blanche brillante (voir figure ci-dessous).

• Un combat oppose deux Robots Sumos sur le « Dohyo~». • Chaque Robot Sumo est mis en route par une personne. • Le Dohyo a un diamètre de 1540 mm. • Les dimensions initiales du Robot Sumo sont au maximum de 20cm x 20cm de coté pour une hauteur sans limite.

Cette classe de robots correspond à celle des moins de 1000g. Les robots sont autonomes et doivent démarrer au bout de 5 secondes. La source d'énergie est impérativement électrique de type piles ou accumulateurs.

• Un combat consiste en 3 rencontres de 3 minutes chacune.

Le Robot Sumo est autonome et programmable, il est muni de 2 roues indépendantes motrices. Chacune des roues est actionnée par un motoréducteur à courant continu 12 V.

La détection du bord du dohyo, qui est une ligne blanche brillante, est réalisée par deux capteurs de type reflex direct placés à l'avant droit et gauche.

La détection du robot adverse est confiée à deux émetteurs infrarouges et à un récepteur de lumière infrarouge.

Le traitement des données est confié à un microcontrôleur PIC cadencé à 20 MHz.

FC1 : Résister aux agressions du robot adverse FC2 : Respecter le règlement. FC3 : Résister au milieu extérieur. FC4 : Etre autonome en énergie électrique. FCS : Etre esthétique. ~FCS

~

FC2~

~ FC3

FC4

~

Pour permettre la Fonction Technique FT1 (se déplacer sur le dohyo) un certain nombre de solutions technologiques simples ont été envisagées. Ainsi FT1 peut notamment se diviser en 3 sous fonctions:

FT13 : convertir l'énergie électrique en énergie mécanique de rotation. FT14 : adapter l'énergie mécanique de rotation. FT15: transformer l'énergie mécanique de rotation en énergie mécanique de translation.

Consulter les chaînes d'information et d'énergie du système en documentation technique OTü et la présentation du Robot Sumo en OT1. Répondre à ces questions sur feuille de copie.

Pour permettre la Fonction Technique FT2 (s'orienter sur le dohyo) et la Fonction Technique FT3 (détecter le robot adverse) le robot est équipé de capteurs.

Le but étant de pousser son adversaire hors du dohyo, il est nécessaire de le détecter sur le dohyo.

~.-:- Le principe de détection d'un advers'aire consiste à émettre de la lumière et à vérifier si

elle est renvoyée. Cette lumière périodique est envoyée par salves suivant les chronogrammes ci- dessous.

Emetteur droit

••• ~ ...• ~ ...• ~ ..• ~ t Salves 600/.1s Silence 600/.1s Salves 600/.1s Silence 600/.1S

Emetteur gauche

•• Salves 600/.1s Silence 600/.1s Salves 600/.1s Silence 600/.1s

9SISCMElLRlAG1 Page 3 sur 15

Les émetteurs de lumière infrarouge sont constitués de diodes infrarouges. Lorsque l'ordre de commande est au niveau logique « 0 }), la diode infrarouge est inactive.

Lorsque l'ordre de commande est au niveau logique « 1 }), la diode est active et émet de la lumière infrarouge.

Les salves de commande sont envoyées alternativement par le microprocesseur sur les émetteurs gauche et droite.

Chaque salve, d'une fréquence approximative de 38 kHz, est constituée de plusieurs périodes d'une durée totale de 600 IJs. Emetteur G

Si un obstacle est présent, la lumière est renvoyée vers le récepteur associé à un filtre dont la fréquence centrale est de 38 kHz.

Emetteur gauche

Sortie du 011récepteur dans le cas sans obstacle

Emetteur gauche

1 t 1 1

~l~~ans:tJ Iii 1__' I I lt 1 f t 1

~ '~' :~ : ~ :1': ?: : 1 Retard du récepteur 1 1

/0 2.1 - A l'aide des chronogrammes ci-dessus, donner le niveau logique envoyé au microcontrôleur dans le cas ou le robot adverse est détecté.

/0 2.3 -A l'aide de la documentation technique DT2, relever la longueur d'onde pour laquelle l'intensité lumineuse des diodes infrarouges est la meilleure. A quelle couleur correspond-elle?

/0 2.4 - Déterminer le nombre entier de périodes par salve que doit générer le microcontrôleur.

Afin d'avoir une forte intensité lumineuse il est nécessaire de faire passer un maximum de courant dans les diodes. Le signal de sortie du récepteur infrarouge dépend de la quantité de lumière reçue, c'est-à-dire de la qualité et de la distance de réflexion.

/0 2.5 - Démontrer que, quel que soit le rapport cyclique adopté, la durée d'activation d'une diode infrarouge sera toujours inférieur à 2,6.10-5 s.

En vous aidant de la documentation technique DT2, déterminer le courant maximal accepté par ce type de diodes infrarouges si le rapport cyclique des différentes périodes des salves est égal à 0,2 puis à 0,5. Conclure sur le rapport cyclique à adopter en fonction de la distance de détection.

/0 2.6 - En vous aidant de la documentation technique DT2, déterminer la fréquence centrale fa du filtre du récepteur pour avoir la meilleure sensibilité.

Le Robot Sumo est équipé de deux motoréducteurs à courant continu identiques et pouvant fonctionner de manière indépendante, lui permettant de se déplacer sur le dohyo et de pousser le robot adverse en dehors du dohyo lors d'un contact avec celui-ci.

lt;r9'J.iÇ1t!tl~slttilîYIII§lli!-"ÎçÎqIRllpbg!~II~m9(qt~l:lyç(~YÎf§8:HI 3.1 - Etude préliminaire: détermination de l'effort de poussée: Fpaussée

Hypothèses et données (Se reporter au document réponse DR 1) Masse de l'adversaire: m = 1000 g. On prendra l'accélération de la pesanteur: g ~ 10 m/s2• Le robot adverse sera modélisé par un cube de 20 cm de côté. Le problème sera considéré comme plan. L'action mécanique exercée par votre Robot Sumo sur l'adversaire sera modélisée par. une force horizontale notée: Fpaussée . Dans le but d'envisager de rudes combats avec des adversaires tenaces, nous estimerons le facteur de frottement f au niveau du contact dohyo / adversaire S à une valeur particulièrement élevée: f = tan<p= 1,5 soit <p~ 56°. Dans ces conditions, l'action mécanique de contact entre le dohyo et l'adversaire S sera. - modélisée par une force notée: Rdohyo-?adversaire portée par le vecteur U (voir DR1).

/0 3.1.1 - Sur feuille de copie, isoler l'adversaire S et faire le bilan des actions mécaniques extérieures à S en vue d'une résolution graphique.

/0 3.1.2 - Sur DR1, déterminer la valeur numérique de toutes les actions mécaniques extérieures à S en appliquant le Principe Fondamental de Statique.

3.2 - Détermination du couple moteur: enoteur

Quels que soient les résultats trouvés en 3.1.2, on prendra: IIFpoussée II = 15Newton .

On supposera le mouvement rectiligne uniforme pendant toute la phase de poussée. Une étude préliminaire a permis de déterminer la vitesse du robot par rapport au dohyo

pendant la phase de poussée, on notera : "VrobOtldOhY~" = Vpoussée == 0,33 mis. On donne le diamètre des roues motrices: 0 = 73 mm. On suppose qu'il y a roulement sans glissement au contact roues motrices / dohyo.

/0 3.2.1 - Calculer la puissance de poussée 9'poussée nécessaire pendant la phase de poussée du robot adverse.

La fonction « TRANSMETTRE}) peut-être divisée en deux sous-fonctions: - ADAPTER l'énergie mécanique de rotation: c'est le rôle des 2 réducteurs; - TRANSFORMER l'énergie mécanique de rotation en énergie mécanique de translation:

c'est le rôle des 2 roues motrices.

La sous-fonction« TRANSFORMER}) a un rendement llTransformer de l'ordre de 80 % en raison du frottement de l'avant du robot avec le dohyo et de la résistance au roulement des roues motrices.

enot

COmot

9' mot

COréd

9'réd

COmot

9'mot

TRANSfORMER le mouvement de ROTATION issu

des roues en mouvement de TRANSLATION du robot

Fpoussée = 15 N Vpoussée == 0,33 mis 9'poussée

/0 3.2.2 - Calculer alors la puissance 9' à fournir à l'ensemble des 2 roues motrices et en déduire la puissance 9'réd fournie par un seul réducteur.

/0 3.2.3 - Calculer la vitesse angulaire COroue= COrédd'une roue motrice.

/0 3.2.4 - En déduire le couple eéd fourni par un seul réducteur. /0 3.2.5 - En utilisant la documentation technique DT3 sur le réducteur, calculer le rapport de

réduction r = COréd de ce réducteur. COmot

/0 3.2.6 - En déduire le rendement llréducteur du réducteur. /0 3.2.7- En déduire le couple moteur enot fourni par chaque moteur. /0 3.2.8 - Tracer « EN BLEU» sur les quatre courbes du document réponses DR2 (appelé « phase de poussée}») le point de fonctionnement des moteurs en phase de poussée.

Lors d'un combat, il faut s'assurer que le Robot Sumo ne sorte pas du dohyo soit par une poussée du robot adverse, soit de lui-même lorsqu'il rencontre le bord du dohyo.

** = Les caractéristiques électromécaniques à déterminer sont: vitesse angulaire des moteurs; tension moyenne aux bornes des moteurs et rapport cyclique de la MU ; paramètres de programmation.

En phase de recherche du robot adversaire, le robot se déplace aléatoirement sur le dohyo. Si l'un ou les deux capteurs de lignes blanches placés à l'avant droit et gauche détectent le bord du dohyo, le robot doit reculer puis faire un demi-tour en une durée ~t.

Le cahier des charges impose au robot de faire un demi-tour en une durée : ~t == 0,5 s.---Ro = (OoXo YoZo) est un repère fixe lié au dohyo. ---+--+

R1 = (OoX1Y1ZÜ est un repère lié au robot. 00, M et N alignés dans le plan du dohyo.

- On donne: distance [OoM] = distance [OoN] = L = 85 mm.

Les deux motoréducteurs tournent à la même vitesse angulaire, mais en sens inverse. Le robot a un mouvement circulaire uniforme à la vitesse angulaire COrobot constante.

On suppose que les 2 roues motrices roulent sans glisser en Met N. Dans ces conditions de fonctionnement, le robot est donc en mouvement de rotation autour de l'axe OoZo.

Pour un mouvement circulaire uniforme: ffirobot = i18robot i1t

V'j ~(tllej~cffiiCe >:VMo ~.t'~b:o{iEtô

.........> VN"t<ib<sP&

....) VM>c:rc;-.twtfll~

/0 4.1.1 - En respectant la durée M indiquée par le cahier des charges pour effectuer un demi-tour, calculer la vitesse angulaire de rotation ffirobot du robot.

/0 4.1.2 - En déduire la vitesse IIVNo ErobOtlRo!1 du point No appartenant au robot par rapport au repère Ra.

Hypothèses et données· supplémentaires

On donne le diamètre des roues motrices: 0 = 73 mm tel que 0 := 2 ~x Rayon roue = 2 x distance [ONol On donne le rapport de réduction des réducteurs r = 1/50. R2 = (0X2Y2Z2) un repère lié au robot. R3 = (0 ~ y3 Z3) un repère lié à la roue motrice. Chaque roue motrice effectue un mouvement circulaire uniforme autour de l'axe OY3 pendant toute la phase du demi-tour.

En considérant l'hypothèse de roulement sans glissement aux points de contact Mo et No entre les roues motrices et le dohyo, on montre:

IlvNoEroue 1 robot" = IlvNoErobot 1Ro "

'> :VIl1 t'-~ roue§:~~b~t..

.......) Vil. "roiiefrllbQt

/0 4.1.4 - Calculer la vitesse angulaire de rotation (J)mot des moteurs, puis en déduire la fréquence de rotation Nmot des moteurs.

/0 4.1.5 - Tracer « EN VERT» sur les quatre courbes du document réponse DR3, le point de fonctionnement des moteurs en phase de recherche.

/0 4.1.6 - En déduire le rendement des moteurs correspondant et conclure au regard de la CONTRAINTE DE fONCTIONNEMENT 2.

4.2 . Détermination de la tension moyenne aux bornes d'un moteur et du rapport cyclique de la MLI

La commande des moteurs nécessite quatre signaux de la part du microcontrôleur. L'interface de puissance (modulation d'énergie) est réalisée par un double pont en H. Chaque moteur est commandé en sens et en vitesse. En vitesse, par un signal MU (Modulation de Largeur d'Impulsion) de fréquence f fixe et de rapport cyclique a variable, généré par le microcontrôleur.

Ainsi la vitesse d'un moteur varie en fonction de la valeur moyenne de la tension U - notée Umoy - qui lui est appliquée.

Umoy : tension qui alimente l'induit (V) 1 : courant dans l'induit (A) R: résistance de l'induit (n) Nmot : fréquence de rotation du moteur (tours/min) (J)mot : vitesse angulaire de rotation du moteur (rad/s) e,ot: couple moteur (Nxm) K: constante du moteur (en Vxs/rad) ou (en Nxm/A)

E = K (Omot e,ot = K (1 - 10) avec 10= 0,15 A.

Résistance d'induit: R = 2,3 0 Constante de couple: K = 6,21x10-3Nxm/A Quel que soit le résultat de la question 4.1.4, vous prendrez: Nmot ~ 7000 tours/min.

/0 4.2.1 - A partir du document réponse DR3, donnant les caractéristiques du moteur électrique à courant continu, déterminer la valeur du courant absorbé 1par le moteur en phase de recherche lorsque sa fréquence de rotation est de Nmot ~ 7000 tours/min. Réaliser vos tracés sur le document réponse DR3.

/0 4.2.2 - A l'aide du schéma équivalent de l'induit, établir la relation donnant la tension moyenne aux bornes du moteur Umoy en fonction de E, Ret 1.

/0 4.2.3 - En déduire la relation de la tension moyenne aux bornes du moteur Umoy en fonction de Olmot, R, K et 1,puis calculer numériquement Umoy.

/0 4.2.4 - Tracer le graphe de la tension U aux bornes du moteur sur une période sur le document réponse DR4.

On rappelle la relation: Umoy = o. U bat Avec U bat: tension d'alimentation du moteur en provenance de la batterie

/0 4.2.5 - À partir du graphe tracé à la question précédente, établir la relation entre la valeur de la tension moyenne Umoy aux bornes du moteur et le rapport cyclique o.

/0 4.2.6 - Calculer la valeur du rapport cyclique 0 en sachant que le moteur est alimenté sous une tension Ubat = 7,2 Volts.

La figure ci-dessous montre l'organigramme de principe du programme. Après les initialisations nécessaires, le programme rentre dans une boucle de tests des différents états des capteurs pour choisir l'action la plus prioritaire à faire.

Dans la macro « Faire demi-tour» de l'organigramme du programme principal, on trouve une macro «MU}) qui permet d'obtenir la vitesse moyenne appliquée sur l'induit du moteur gauche ou droit. On obtient ainsi la réalisation du demi-tour dans le temps voulu.

Il est nécessaire de configurer certains registres du microcontrôleur pour configurer les deux sorties MU de celui-ci, qui se trouvent sur les bits 1 et 2 du port C de celui-ci.

PR2 : détermine la fréquence de la MU. T2CON : TIMER CONTROL REGISTER : permet la validation du timer 2 MU (le timer est un élément nécessaire à la génération du signal MU).

CCP1CON: CAPTUREI COMPARE IPWM CONTROLE REGISTER1: permet de valider le mode MU.

/0 4.3.1 - La fréquence de travail du double pont H est prise égale à 19,53 kHz. À partir du tableau ci-dessous, déterminer le code hexadécimal du registre PR2 et compléter le document réponse DR4 « initialisation MU ».

Registre PR2 Fré uences MU avec un micro rocesseur cadencé à 20MHz.

1,22kHz 4,88kHz 19,53kHz 78,12kHz 156,3kHz 208kHz FFh FFh FFh 3Fh 1Fh 17h

fR.ésôll.lijôÔmâJ(imâlèblfs •••••10 10 10 8 7 5.5 Remarque: des notations sont utilisées, notamment dans les langages informatiques, pour différencier sans ambigüité les chiffres hexadécimaux des autres notations. On acceptera les notations suivantes:

- $3F ou Ox3F ou 3Fh

/0 4.3.2 - À partir du tableau ci-dessous, déterminer le code hexadécimal du registre CCP1CON codé sur 8 bits et compléter le document réponse DR4 « initialisation MU ».

Registre CCP1 CON ----------- ---------- CCPXX Bit7 Bit6 Bit5

CCPxM3 CCPxM2 CCPxM1 CCPxMO Bit3 Bit2 Bit1 BitO

Bit 7-6 : Bits mis à zéro. Bit 5-4 : Mode MU : ces bits sont les 2 bits de poids faible du cycle MU. Ces deux bits seront mis à zéro. Bit 3-0 : bits de sélection:

- 0000: Arrêt MU 1100 : Mode MU

/0 4.3.3 - À partir du tableau ci-dessous, déterminer le code hexadécimal du registre T2CON codé sur 8 bits et compléter le document réponse DR4« initialisation MU }}.

<'

----------- TOUTPS3 TOUTPS2 TOUTPS1 TOUTPSO TMRCON 1 T2CKPS1 T2CKPSO Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3· Bit2 1 Bit1 BitO

Les bits 7, 6, 5, 4 et 3 seront mis à zéro. Bit 2 : 1 = timer en marche.

o = timer à l'arrêt. Le bit 1 sera mis à zéro et le bit 0 à 1.

Le registre CCPR1 L écrit en décimal permet de déterminer la durée du temps haut du signal MU (valeur maximale 255). Le rapport cyclique a est égal à 0,83 pour réaliser le demi- tour dans le temps voulu.

Si le registre CCPR1 L = 255, le rapport cyclique sera de 1 et si le registre CCPR1 L = 0, le rapport cyclique sera de O.

/0 4.3.4 - En déduire la valeur décimale à écrire dans le registre CCPR1L et compléter le document réponse DR4.

5 - OPTIMISATION DE LA PHASE DE POUSSEE

Lorsque le robot a détecté son adversaire, il se dirige vers lui. Dans le but d'augmenter la capacité de poussée du robot, on souhaite implanter deux micro-switchs (capteurs de type tout ou rien) à l'avant de celui-ci. Ainsi quand le robot sera au contact du robot adverse, l'un de ces deux capteurs ou les deux seront actionnés. Cette information logique sera traitée par le microcontrôleur qui passera la ML! à une valeur permettant aux motoréducteurs de fonctionner à la puissance maximum.

1l,.~qp}~pji~Ç{~g~Î~tt:\~tqff~~~tÇf[lMé~~-rgit!iq~g~Bt~;i:j~qfl~[~P~iY~ôtÎq!"P.l)Pt~ii·1 Cette implantation revient à ajouter la sous Fonction Technique FT33 (détecter le

contact) à la Fonction Technique FT3 (détecter le robot adverse).

FT 3: Détecter le robot adverse

Pour cette implantation, la face avant du robot sera évidée afin de permettre aux deux micro-switchs de dépasser.

Une « plaque intermédiaire)} entre le fond du robot et les micro- switchs sera crée afin de permettre à ceux-ci de sortir suffisamment sur l'avant du robot.

Cahier des Charges Fonctionnel:

1/faut donc concevoir:

d'une part, la liaison encastrement démontable entre les deux micro-switchs et la {( plaque intermédiaire» ; d'autre part, la liaison encastrement démontable entre la {( plaque intermédiaire» et le fond de votre robot.

Mettre en position les 2 micro-switchs sur {( plaque intermédiaire» . Maintenir en position les 2 micro-switchs sur {( plaque intermédiaire» . Mettre en position la « plaque intermédiaire» sur le fond de votre robot. Maintenir en position la {( plaque intermédiaire» sur le fond de votre robot.

La {( plaque intermédiaire» doit permettre un réglage en translation de 25 mm suivant l'axe X pour ajuster la position des 2 micro-switchs sur l'avant du robot.

CONTRAINTE D'ESPACEMENT:

Pour maintenir la {( plaque intermédiaire» sur le fond du robot deux perçages <1>3,5mm distants de 35 mm ont été usinés.

Les caractéristiques dimensionnelles des micro-switchs sont données ci-après.

(~~O\

i 6.00 î'OQ---~---------_· __· _._XIV- _.-

/0 5.1 - Réaliser un croquis à main levée de la solution envisagée. Indiquer le nom et les dimensions des éléments de fixation utilisés.

/0 5.2 - Réaliser un dessin de définition de la {( plaque intermédiaire ». Vous jugerez du nombre de vues nécessaires à la compréhension de votre pièce. Indiquer les principales cotes fonctionnelles.

6 - VERIFICATION DES CAPACITES DE L'ENERGIE EMBARQUEE

La source d'énergie est impérativement électrique de type piles ou accumulateurs. Un combat se déroule en 3 rencontres de 3 minutes, il faut donc avoir une autonomie minimale de 9 minutes pour participer à un combat dans des conditions optimales.

Six accumulateurs sont utilisés pour l'alimentation du robot. De manière générale lors d'une rencontre, leur utilisation est la suivante durant ces 3 minutes:

Le robot est à l'arrêt durant 5 secondes avant le démarrage. Il ne consomme rien. Le robot est en phase de recherche durant 55 secondes. Chaque moteur absorbe alors une intensité moyenne de 0,65 A. Le robot est en phase de poussée de l'adversaire durant 1 minute. Chaque moteur absorbe alors une intensité moyenne de 1,9 A. Le robot est poussé par le robot adverse durant 1 minute. Chaque moteur absorbe alors une intensité moyenne de 1,9 A.

L'électronique embarquée sur le robot consomme 5% de la capacité totale QTotale des accumulateurs

a~{~_ Capacité des accumulateurs

La quantité d'électricité que l'on peut stocker dans un accumulateur est exprimée en Ah ou mAh. Un accumulateur de 1000 mAh permet de fournir un courant constant de 1 Ampère pendant une durée de 1 heure ou de 0,1 Ampère pendant 10 heures.

La quantité d'électricité Q correspond à l'aire hachurée soit le produit Q = Ixt. Pour un courant variable selon la phase dans laquelle se trouve le robot, on déterminera cette quantité Q à partir d'un calcul d'aire élémentaire et du schéma ci-dessous:

Intensité moyenne absorbée 1 par UN MOTEUR durant une rencontre de 3 minutes

De 0 à t1 : 5 secondes De t1à t2 : 55 secondes De h à ts : 60 secondes De b à 4 : 60 secondes

1,9 A

0,65A

la tension nominale d'un élément: Vélément = 1,2V; la capacité d'un élément: Qélément = 1600 mAh.

/0 6.1 - En déduire le nombre d'éléments associés en série sachant que le robot est alimenté sous une tension de 7,2 V. /0 6.2 - Les accumulateurs sont associés en série, déterminer la capacité totale des accumulateurs QTotale et la tension maximale disponible.

/0 6.3 - La capacité Q1 en Ah nécessaire lors de la phase de recherche. /0 6.4 - La capacité Q2 en Ah nécessaire lors de la phase de poussée du robot adverse. /0 6.5 - La capacité Q3 en Ah nécessaire lors de la phase où le robot est poussé par le robot adverse. /0 6.6 - Déterminer la capacité Q4 en Ah nécessaire pour alimenter la chaîne d'information. /0 6.7 - En déduire la capacité QRencontre en Ah nécessaire pour une rencontre de 3 minutes.

/0 6.8 - Déterminer pour les 2 moteurs, la capacité nécessaire QCombat pour un combat. /0 6.9 - Conclure au regard de la CONTRAINTE TECHNOLOGIQUE 1.

7 - AMELIORATION DES PERFORMANCES DU ROBOT

D'après les études menées précédemment, il apparaît clairement que de nombreuses modifications sont possibles, aussi bien au niveau de la chaîne d'information que de la chaîne d'énergie, pour changer le comportement du Robot Sumo.

/0 7-Citer, en justifiant brièvement votre réponse, sur quels éléments du Robot Sumo, il serait possible d'agir, pour le rendre encoreiplus performant sur le plan:

- de l'effort de poussée; - de la vitesse de poussée ;

de la puissance de poussée.

BACCALAUREAT GENERAL Session 2009 Série S SI

LES DOCUMENTS TECHNIQUES

DTO : CHAINE D'INFORMATION ET D'ENERGIE DU ROBOT DT1 : PRÉSENTATION ROBOT SUMO DT2 : DETECTION ROBOT ADVERSE DT3 : CARACTERISTIQUES DU MOTOREDUCTEUR

Dmg .··><c. •.DoSSI ER "'FJ;CHf4IQU Ii " ................ .D"I"O :"", ........ . . . . '. . .. . ...:. ..... ..h;;~~......... ~. .... ··"···i,i GHAINE~D'lrt FQRMA'1naNE"D~ENERGIE .Q,uillaBa.•..SUMQ .... , .. ., ...•. >....... ,...... ".,.,.".,. :.... ", ,".'. . ..... ..' " .'. . . .. .

- Bouton M/A - Capteurs

Microcontrôleur PIC

- Buzzer - DEL

Etat de charge de la batterieInformations

sonores ;; et_ visuelles

Robot adverse sur le dohyoConsignes de

l'utilisateur Informations extérieures : Présence ligne blanche Présence robot adverse !Ordres ~

- Accumulateurs - Chargeur

Modules de puissance

Moteurs électriques à courant continu

- Réducteurs - Roues motrices Robot adverse hors

du dohyo

Description du Robot Sumo:

Châssis: Plexiglas translucide épaisseur 3 mm Barre de section carrée 6 mm Entretoises Eléments de visserie

Electronique: Emetteurs InfraRouge Capteurs de lignes blanches Microcontrôleur programmable

Motorisation: 2 moto réducteurs à courant continu 12 V Rapport de réduction 1ISO Pneus en mousse diamètre ~ 73 mm

· ..... .

Caractéristique exprimant l'intensité relative de lumière d'une diode en fonction de la

longueur d'onde

Couleur Ultraviolet Violet Bleu Vert Jaune Orange Rouge Infrarouqe

À(nm) 13 à 390 410 470 520 580 600 650

800 à 1100

!\ ~

\ %

1relative

\

\ \ r\ \ ••..•....

960 1000 Ilm 1060 _À

J

-"""Vo ggO 920Caractéristigue exprimant l'intensité du courant

traversant la diode en fonction du temps à l'état 1

--....tp r-- tp -5=~::: :~~~:.~':.D=T"

......-T--..- l 1 ~.Ill: ! " : IH l r~~..~~..~. -- H~O~5

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~// !r-W. i 10-1 ••4ll!Ll _l L11 1

10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10° 10') S 102 ••..tp

Relevés expérimentaux Valeur rapport cyclique Distance de détection

1 10 cm 0.5 15 cm 0.2 20 cm (distance maximale)

/02.6Sensibilité du récepteur en fonction de lafréquence du signal reçu. 1\ l '

1 1 1

\ "' \ \

1\ \

~T-3J =__ l

DOSSIER TECHNIQUE

CARACTERISTIQUES DU MOTOREDUCTEUR

Premier étage de réduction

Moteur électrique à courant continu

Réducteur à 4 étages de réduction

Roue motrice Diamètre 73 mm

Nombre de dents Z Module rit en mm Diamètre primitif d en mm Pignon moteur 1 Z1 = 10 0,5 5 Roue 2 Z2 = 25 0,5 12,5

-- Pignon 3 Z3 = 10 0,5 5 Roue 4 Z4 = 30 0,5 15 Pignon 5 Zs = 15 0,5 7,5

-- Roue 6 Z6 = 25 0,5 12,5 Pignon 7 Zy = 1O 0,5 5 Roue 8 Za = 40 . 0,5 20

(D 'dRapport de réduction r = _re_ (Dmot

BACCALAUREAT GENERAL Session 2009 Série S SI

DR1: DR2 : DR3: DR4:

STATIQUE GRAPHIQUE MOTEUR CC : PHASE DE POUSSEE MOTEUR CC : PHASE DE RECHERCHE REPRESENTATION ML. ET PARAMETRAGE ML.

DR1I DOSSIER REPONSE STATIQUE GRAPHIQUE

IDR1

+ G

I!FpouSSée Il =

IIRdOhYO~adversaire Il =

<.0

~ DR21 DOSSIER REPONSE : PHASE DE POUSSEE --r DR2 s:? CARACTERISTIQUES DU MOTEUR ELECTRIQUEA COURANT CONTINU (ALIMENTE EN 7,2 ~ ~ ~ Rendement en % du moteur en fonction du couple moteur enot en mNxm ...1.

Résistance interne ( Q Constante de couple ( Nxm/A ) Rendement maxi en %

2,3 0,00621

Environ 55%

-------

--

~ 1----

~ .

f----=:.== -- ~- ~-------, . --- __ o. .~ --- ~-~ r-- .

. -~_. .\--- Nmot en tours/min

~

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.~ ~-

-_ ......- .-

--

...•....

-._-- 1 ---- - Rendement moteur en % ~--- ---

1 "'- -1- 1--- ./ "'- V

---f "- ---- ---- - --/ ""'-

1 - ""'- -

"- -- -- r~0,0

a

Intensité absorbée 1 en Ampère en fonction du couple moteur enot en mNxm Puissance moteur 9>moten Watt en fonction du couple moteur enot en mNxm

-- ~ - ---- 1-------

----~ ---

--- -- _._- p=

---- --------

9>mot en Watt --:7"'

-- -~- -----

.- ---

'-ç-- --

---- -- 1 en Ampère .~ =_::-=:

---- -

.. ~_..-.

--~ -- \---r------

--- ---

T -- --------,

DR3j DOSSIER REPONSE: PHASE DE RECHERCHE 1 DR3 CARACTERISTIQUES DU MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU (ALIMENTE EN UMOY)

Résistance interne ( Q ) 2,3 Constante de couple ( Nxm/A ) 0,00621 Rendement maxi en % Env. 55%

-... . =-1 8000 ~t-- ±..~-

-~~-

4000 -- --

- 3000 _.

--r---- . l_~

0,0 .

a

Intensité absorbée" en Ampère en fonction du couple moteur enot en mNxm Puissance moteur 9'mot en Watt en fonction du couple moteur enot en mNxm

3 . -".

---.

..

2,5 .- .

--/- --- /

"- , .... - .. --

._ ...- ./ -_ ..• .A . __ ._.--

./ \

./ ...

Z .~ ,/' \

--1 9' moten Watt

1,5

1

0,5 ./

/ /'

7 a

a 2

..---- .-

./

-- ._--.

i ... -.

4 6 8 10 12 14 16 18

/*Initialisation MLI*/

PR2 CCP1CON = T2CON CCPR1L

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