Oeuvre sonore avec une carte Arduino Yun

Dans le cadre de notre MID (Module Inter Disciplinaire) Art plastique Physique, en seconde notre objectif était de créer une oeuvre à exposer pendant une petite heure au musée de Oiron. Autant dire que notre champ d’action était très vague nos seules limites étaient la transportabilité de l’oeuvre et notre imagination. En tant que passionné de sons l’idée m’est tout de suite venu de proposer une oeuvre interactive entre le public et des sons, idée retenue pour notre production finale.

Introduction

Une fois l’idée arrivée à maturité je me suis décidé a utiliser une carte Arduino, carte que j’utilise depuis 6 mois. La problématique était simple, mais les solutions multiples. Je me suis donc focalisé dans un premiers temps sur une solution Arduino et ordinateur, l’Arduino s’occuperait de la partie avec le capteur et l’ordinateur d’exécuter les volontés de l’Arduino. Sur le papier ça paraissait très simple, mais en pratique très complexe. Et l’idée m’est venu d’aller questionner les profs de SI  du lycée. Après avoir parlé avec M.Pers et ayant exclus la solution Arduino plus ordinateur, deux solutions s’offraient à moi :  la solution d’une carte Arduino avec un shield (petit module complémentaire et dans notre cas avec sortie audio) et une carte Arduino Yun avec une carte son USB. Après avoir expérimenté plusieurs combinaisons de matériel, l’oeuvre finale fut composée de l’Arduino Yun avec une carte son.

Fonctionnement et explication

Le principe de l’oeuvre est de jouer une série de dialogues lorsque le capteur directionnel détecte quelqu’un.

Le but est donc dans un premier temps de détecter une personne. Pour ce faire j’ai utilisé un capteur à ultrason le SRF02

 

Quand une personne ou un objet passe à moins de six mètres du capteur celui-ci envoie la distance de la personne à l’Arduino Yun qui analyse ces informations. Je l’ai programmé de telle sorte que lorsqu’il détecte une personne à moins de deux mètres il envoie une commande au second processeur de la carte qui fonctionne sous Linux qui lui va lancer le son en l’occurrence un fichier nommé 01.mp3. Pour ce faire il faut avoir préalablement installé les drivers de la carte son et le software pour lancer les sons. Pour l’Arduino Yun le plus pratique est madplay.

En pratique

Sur place l’installation fut assez simple, mais nous nous sommes heurtés à un gros problème : le son se déclenchait seul. Après plusieurs recherches je découvris que le capteur ne détectant rien avant six mètres renvoyait 0 en valeur et ma condition était codée de telles sorte que lorsque l’Arduino recevait une donnée inférieure à 200, la distance en centimètres, il déclenche le son. Il fallut donc opposer une paroie à moins de six mètres du capteur.

Sources et code Source

Pour de plus amples information sur l’Arduino Yun je vous invite à consulter cette article :

Pour savoir comment jouer des sons avec l’Arduino Yun je vous invite a consulter cette article : http://dev.mikamai.com/post/69775973742/arduino-yun-with-sound-the-supereasy-way

et  pour le code que j’ai rédigé le voici :

 
#include 
#include 

Process p;

void setup()
{
 Wire.begin();
 Serial.begin(57600); 
 Bridge.begin();
 
}

int reading = 0;

void loop()
{
 Wire.beginTransmission(112);
 Wire.write(byte(0x00)); 
 Wire.write(byte(0x51));
 Wire.endTransmission();
 delay(70);
 Wire.beginTransmission(112);
 Wire.write(byte(0x02));
 Wire.endTransmission();
 Wire.requestFrom(112, 2);
 if(2 <= Wire.available()) 
 {
 reading = Wire.read(); 
 reading = reading << 8; 
 reading |= Wire.read(); 
 }
 if (reading <= 200){
 p.runShellCommand("madplay -a +5 /root/01.mp3");
 while(p.running()); 
 Serial.println("it works!");
} 
}

Analyse fonctionnelle d’un bras robotique”Danse avec les Robots du Futuroscope” (1S3 gr. 2 équipe 2)

Comment piloter précisément et efficacement les mouvements complexes d’un bras mécannique ?

Robot Kuka KR500-3( position étendu)

Robot Kuka KR500-3 (position étendu)

 

Analyse du besoin

Ce type de robot est destiné par exemple au Futuroscope qui propose l’attraction « Danse avec les robots ». Dans cette attraction, 10 robots sont mis en scène pour une chorégraphie choisie. Chaque robot a la capacité d’accueillir à bord 2 passagers. Nous avons étudié les différents aspects du robot permettant à la machine d’être piloter précisément et efficacement. Dans le cadre de cette étude, nous avons eu l’aide du parc du Futuroscope, nous permettant ainsi de visiter l’attraction “danse avec les robots”, équipé de robot Kuka KR500-3.

 

Analyse du système

Mouvements possibles des différents axes du système

evolution

 

Description des différents axes (emplacement, type de mouvement)

Axes Emplacement Type de mouvement
Axe 1 Embase/Bâti de rotation
Rotation pivot axe Z (+/-80°)
Axe 2 Bâti de rotation/Epaule rotation pivot axe Z(+20° à -130°)
Axe 3 Épaule/Poignet en ligne
rotation pivot axe Z  (+144° à -100°)
Axe 4 Poignet en ligne/Poignet en ligne Rotation pivot axe Z (+/-350°)
Axe 5 Poignet en ligne/Poignet en ligne rotation pivot axe Z  (+/-120°)
Axe 6 Poignet en ligne/Poignet en ligne Rotation pivot axe Z  (+/-350°)

 

Description générale du robot avec les principaux composants

a

1. Robot  2.Câbles de liaison  3.Commande de robot  4.Boîtier de programmation portatif smart Pad

 

Caractéristiques du robot Kuka KR 500-3 :

Poids : 2 375 kg

Volume de travail : 68m3

Nombre d’axes : 6

 

Diagramme FAST du robot

b

Description des différents composants permettant la précision du Robot

Pour être piloté précisément l’équipe d’ingénieur ayant conçu le robot a dû faire face à des contraintes techniques qui sont les suivantes :

  • La gravité
  • L’inertie
  • La masse
  • Les contraintes mécaniques
  • Et la position exacte de chaque axe

Le robot est équipé de moteurs triphasés (Fig.1 et 2)permettant ainsi un couple et une puissance plus élevé. Par conséquent une puissance plus élevé permet des accélérations plus rapides (contrairement à un moteur à courant continu ne pouvant accepter une telle puissance).

 

Moteurs triphasées de l'axe 2 et 3 (Fig.1)

Moteurs triphasées de l’axe 2 et 3 (Fig.1)

Moteur triphasé de l'axe 2

Moteur triphasé de l’axe 2 (Fig.2)

Mais cette force exerce une contrainte mécanique plus importante notamment sur la liaison entre le bâti de rotation et l’épaule (Fig.3).

axe 2 (Bâti de rotation/Epaule) (Fig.2)

axe 2 (Bâti de rotation/Epaule) (Fig.3)

Pour pallier cette force, parfois violente, un compresseur hydraulique(Fig.4), fixé sur le bâti de rotation permet d’absorber celui-ci.

Compresseur Hydralique de l'axe 2 (Bâti de rotation/Epaule) (Fig.3)

Compresseur Hydralique de l’axe 2 (Bâti de rotation/Epaule) (Fig.4)

Par la suite cette force étant emmagasinée dans le compresseur, elle va être libérée et ainsi générer une force supplémentaire pour un mouvement dans le sens inverse. D’autre part la puissance des moteurs et du compresseur ont permis de lutter contre certains phénomènes physiques comme par exemple la masse du robot, la gravité, et l’inertie du robot.

 

 

Mais toute cette puissance ne permet pas à elle seule d’avoir une précision des mouvements du robot. Un autre point essentiel est le contrôle du robot. Chaque moteur est donc équipé d’un capteur de position angulaire permettant au Boîtier de Programmation Portatif(Fig.5) de savoir précisément la position exacte de chaque axe, si oui ou non le robot est à la bonne position.

SmartPAD (Boitier de programmation portatif) (Fig.5)

SmartPAD (Boitier de programmation portatif) (Fig.5)

Dans le cas contraire la position sera rectifiée immédiatement.

 

Conclusion :

Le robot est donc piloté précisément grâce aux capteurs de position angulaire de chacun des 6 axes, permettant ainsi au boitier de programmation portatif de connaitre la position de chaque axe à tout moment. Les mouvements du robots sont, quand à eux effectuer avec précision par les 6 moteurs triphasées.

 

Quentin D.  Mathieu B.  Mickaël P.

 

Etude fonctionnelle de la passerelle d’accès au robot coaster

Dans cette étude de cas, nous allons étudier la passerelle d’accès au robot coaster.

Nous allons essayer de répondre a la problématique suivante :

Comment piloter précisément et efficacement les mouvements complexes d’un objet technique ? Comment décrire les chaînes d’information et d’énergie de ces systèmes ? Quelles sont les solutions techniques qui permettent de réaliser les fonctions nécessaires ?

Pour cela, nous allons d’abord analyser les besoins, puis analyser le système de la passerelle d’accès.

Voici le schéma de la frontière étudiée :

eeeee

Frontière déterminée à partir d’une image extraite du sujet de bac de S.I 2008

I – Analyse des besoins

Les besoins de la passerelle d’accès au robot coaster sont :

– Permettre à l’utilisateur d’accéder au robot en sécurité. Ceci est réussi entre autres grâce à des rambardes latérales, une butée intérieure, des bords sensibles et un electro aimant.

– Se rétracter avant le démarrage et s’avancer à la fin de l’attraction dans un temps donné.

– Faire un mouvement de translation fluide longitudinalement et latéralement.

– Déterminer lorsque le bras est en “home position” afin de se mouvoir sans risque.

– Permettre au robot coaster de se synchroniser et de se lier aux autre robot coaster pour commander les appareils électrique (ex: harnais de protection)

II – Analyse du système

FAST

Diagramme FAST extrait du sujet de bac de S.I. 2008

Diagramme FAST de la passerelle d’accès au robot coaster :

chaineenergieinformation

Chaine d’information et d’énergie – Sujet bac S.I. 2008

Schéma du mouvement de la passerelle d’accès au robot coaster :

deplacement

Image extraite du sujet de bac de S.I. de 2008

Pour se déplacer précisément et efficacement sans atteindre à la sécurité de l’utilisateur, la passerelle répond a différentes contraintes :

Elle ne se déplace que lorsque le bras est en “home position”, c’est à dire à l’arrêt, comme sur le schéma ci-dessus. Pour des raisons de praticité, le déplacement aller ou retour de la plateforme doit se faire en moins de 8 secondes. On peut voir sur le schéma ci-dessous comment est répartie cette vitesse.

Schéma de l'évolution de la vitesse de la passerelle - Sujet bac S.I. 2008

Schéma de l’évolution de la vitesse de la passerelle – Sujet bac S.I. 2008

t1 = 2 secondes, t2 = 5 secondes, t3 = 1 seconde.

La sortie de la passerelle se fait en plusieurs temps :

  • démarrage et déplacement en vitesse lente jusqu’au point A
  • déplacement en vitesse rapide jusqu’au point B.
  • déplacement en vitesse lente jusqu’au point C (vitesse lente = 100mm/s).
  • déplacement en « roue libre » jusqu’en butée extérieure.

Les points A et B sont associés à des capteurs qui déterminent quand changer la vitesse.

cinematique

Schéma cinématique de la passerelle d’accès – Sujet bac S.I. 2008

Grâce a ce schéma, on peut comprendre précisément comment fonctionne la passerelle.

La passerelle est déplacé grâce à une chaîne qui est activé par une roue dentée motrice, elle même activée par un moteur (triphasé*). Elle est fixée grâce à une liaison fixe sur la chaîne, et elle à une liaison glissière avec un rail situé sur un bâti.

On retrouve ici les point A et point B, qui correspondent aux emplacements des capteurs, pour déterminer la vitesse du moteur qui activera la chaîne.

Comme nous avons pu le voir à la sortie au futuroscope, la passerelle possède un bras qui s’accroche au robot lorsqu’il est en Home Position. Ce bras permet l’alimentation électrique et sert de capteur pour déterminer si le robot est bien a l’endroit ou il devrait être.

Pour déterminer lorsque le bras est en “home position”, des capteurs optiques sont positionnés sur la passerelle, et des réflecteurs sur la gondole.

le robot qui niquait sa mere

Photo du robotcoaster au Futuroscope Photo LP2I 2014

Hebergeur d'image

Vidéo amateur de l’attraction Danse avec les Robots

Les solutions techniques qui permettent de réaliser les fonctions nécessaires sont :

  • placer les 4 roues porteuses réceptrices dans un rail. (FT11)
Schema de la passerelle - Sujet bac S.I. 2008. En rouge, les emplacements des 4 roues réceptrices

Schema de la passerelle – Sujet bac S.I. 2008.
En rouge, les emplacements des 4 roues réceptrices

  • Placer des rambardes afin de permettre l’accès aux sièges en toute sécurité (FT14)
Schéma des rembardes - Sujet bac S.I. 2008

Schéma des rembardes – Sujet bac S.I. 2008

  • Utiliser un moteur triphasé

Voilà comment fonctionne la passerelle d’accès au robot coaster de l’attraction Danse Avec Les Robots.

*triphasé : système constitué de trois courants (ou tensions) sinusoïdaux de même fréquence de même amplitude qui sont déphasés entre eux.