5ROE1I - Robotique électronique

Description générale du cours

La robotique est un domaine multidisciplinaire qui nécessite des connaissances tirées d’un trio de sciences : Mécanique, Électronique et Informatique.

Dans le domaine de l’informatique industrielle et en particulier dans les systèmes embarqués, l’aspect Informatique de ce trio repose le plus souvent sur un Système d’exploitation Temps Reel (STR).

Ce cours fait un tour d’horizon dans ces trois domaines, et s’intéresse particulièrement aux aspects informatiques de la robotique, de manière à permettre la réalisation d’un projet.

Matières utilisées

• connaissances en électronique
• connaissances en mathématiques
• connaissances en programmation (prototypage en Python, suivi de C ou C++ pour les aspects temps reel)
• connaissences en systèmes d’exploitation

Objectifs

• Découvrir le domaine de la robotique,
• Définir et assembler des composants électroniques et électro-mécaniques pour réaliser une structure robotisée.
• Apprendre a identifier les situations qui imposent le recours à un STR.

Acquis d’apprentissage

• Estimer le temps nécessaire à la réalisation d’un projet, tester la faisabilité d’un projet: délai de disponibilité du matériel et état de développement du code
• Trouver l’information nécessaire afin de mener à bien le projet
• Proposer le cas échéant, une suite au projet qui sera réalisable dans le futur
• Etre capable de réaliser un simple système illustrant un sous-ensemble des concepts d’un STR.
• Pouvoir concevoir et faire le design d’un système robotisé : capteurs, actuateurs, système de contrôle, programmation.

Plan du cours

• Actionneurs : moteur DC, Brushless, pas-à-pas, vérins
• Capteurs : mécaniques, 9DOF, optiques, ultrasoniques, caméras, lasers
• Communication: UART, Bluetooth, LoRA
• Circuits de puissance pour les actionneurs: H-Bridges
• Caracteristiques d’un STR
• Processus, Threads, IPC, Priorités et Scheduling
• Le cas échéant, introduction au périfériques des RP2040/RP2350 : les PIO et les controleurs DMA
• Présentation et démarrage des projets qui bénéficierons des concepts étudiés
• Méthode de travail, pédagogie choisie:
  • Compte tenu des objectifs du cours et du contenu didactique, le choix de la méthode est la clé de la réussite de cet apprentissage.
  • La pédagogie utilisée et l’apprentissage par projet qui part du principe suivant : c’est en agissant que l’étudiant se construit et construit ses savoirs.
  • Au travers de cette démarche, les contenus à apprendre ne sont plus atomisés mais reliés entre eux par le problème à résoudre durant la réalisation du projet.
  • L’étudiant disposera ou recherchera la documentation relative au matériel et de l’expertise du professeur qui joue le rôle d’accompagnateur.

Suivi, évaluation continue

• Les étudiants réalisent leurs projets au laboratoire en présence du professeur.
• Ce dernier assure le suivi, donne des conseils et évalue l’implication des étudiants.

Examen de première session	Examen de deuxième session
Évaluation continue (50%)	Report de l’évaluation continue
Évaluation oral-machine (50%)	Évaluation oral-machine (50%)

Bibliographie

• Ressources du cours sur la plateforme pédagogique
• Richard Barry - Mastering the FreeRTOS Real Time Kernel - https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS-Kernel-Book/releases/download/V1.1.0/Mastering-the-FreeRTOS-Real-Time-Kernel.v1.1.0.pdf
• Raspberry Pi - The C/C++ SDK - https://www.raspberrypi.com/documentation/microcontrollers/c_sdk.html
• Moti Ben-Ari, Frencesco Mondada - Elements of Robotics - https://www.epfl.ch/labs/mobots/elements-of-robotics