Généralités sur la robotique

Depuis 1970, le monde scientifique et industriel porte toujours des efforts sur l’étude et la réalisation d’engins et robots mobiles commandés et autonomes. Le but de l’homme est de se libérer du travail dans ce qu’il a d’astreignant, de fatiguant, d’inintéressant, donc de simplifier la vie. Les robots mobiles seront capables de se déplacer n’importe où, surtout dans un milieu hostile où l’homme ne peut pas accéder, et d’effectuer des tâches à la place des hommes surtout dans un milieu domestique.

Aujourd’hui, les chercheurs tentent de trouver différents moyens de faciliter la commande des robots comme par exemple la commande par la reconnaissance de la parole dans la robotique. Le domaine d’application s’étend dans la domotique, l’automatique et de la mécanique automobile pour rendre un engin ou un robot obéissant et automate. Réaliser un tel projet reste toujours un grand défi surtout à Madagascar sur la connaissance requise à la réalisation du projet et sur le manque de matériel. Par conséquent, l’existence des robots mobiles à Madagascar est insuffisante pour qu’on puisse rendre la vie des peuples Malagasy facile.

Généralités sur la robotique

Définition

Le terme « robotique » se définit comme ensemble des techniques permettant la conception et la réalisation de machines automatiques ou de robots. Ce terme a été utilisé pour la première fois par le romancier Isaac Asimov dans son récit de science-fiction «Menteur !», publié en 1941 dans Astounding Science-Fiction. Dans certains autres ouvrages d’Asimov, il affirme que la première utilisation du mot « robotique » était dans sa courte histoire Runaround (Astounding Science-Fiction, Mars 1942. Asimov n’était initialement pas conscient d’avoir créé le mot. Il a supposé que le terme existait déjà, par analogie avec «mécanique» (comme «positronique» avec «électronique») [1]. Etant donné que l’objectif de ce travail contient la conception d’un robot mobile, il est nécessaire de commencer par un petit résumé de l’histoire de la robotique, ensuite vient la description du robot en citant ses tâches et les différentes catégories des robots.

Historique

L’histoire de la robotique commence avant les robots, avec l’automate. La différence fondamentale entre automate et robot est simple : l’automate obéit à un programme préétabli, que ce soit de manière mécanique ou électrique, alors que le robot dispose de capteurs ; et ses actions seront décidées par l’intermédiaire de son programme en fonction de l’environnement. Les premiers automates apparaissent pendant l’Antiquité : Héron d’Alexandrie est le précurseur des automates, avec ses réalisations dans les temples et théâtres au Ier siècle après Jésus Christ. Viendront ensuite, les inventions de Léonard de Vinci au XVIème siècle ou celles de Vaucanson au XVIIIème siècle.

La robotique moderne commence au début du XXe. Le chien électrique conçu par Hammond et Miessner en 1915, les machines de Russell (1913) et de Stephens (1929), les tortues cybernétiques de Grey Walter (1950), le renard électronique de Ducrocq (1953) ou l’homéostat d’Ashby (1952). Ces robots sont en général des répliques, plus ou moins réussies, d’animaux existants. La robotisation de l’industrie commence dans les années 1960, dans le secteur automobile. Les robots domestiques destinés au grand public, quant à eux, font leur apparition plus tard, au début du XXIème siècle, avec par exemple les aspirateurs ou tondeuses autonomes. Toujours au début du XXIème siècle mais au niveau militaire cette fois ci, se développent les tourelles automatiques sur les navires de guerre, les appareils volants sans pilotes (drone), l’exosquelette motorisé ou encore les « mules » (BigDog en est un exemple) .

Le robot

a. Définition
Un robot est un appareil automatique capable de manipuler des objets, ou d’exécuter des opérations selon un programme fixe ou modifiable. Souvent un robot est défini comme un manipulateur automatique à cycles programmables. Un système mécanique est un robot s’il possède une certaine flexibilité, caractérisée par les propriétés suivantes :
▶ La versatilité : un robot doit avoir la capacité de pouvoir exécuter une variété de tâches, ou la même tâche de différente manière.
▶ L’auto-adaptativité : un robot doit pouvoir s’adapter à un environnement changeant au cours de l’exécution de ses tâches .

Compte tenu de ces propriétés, les robots peuvent alors être classifiés selon les besoins de chaque client.

b. Classification des robots
Actuellement, il existe deux grandes catégories de robots :
▶ Les robots manipulateurs : ce sont des robots fixes et sont utilisés généralement dans les industries de pointes. Ils sont programmés pour exécuter fidèlement des actions répétitives avec un haut degré de précision.
▶ Les robots mobiles : ce sont des robots à base mobile (par opposition notamment aux robots manipulateurs) commandés par un système de commande. Ils sont capables de se déplacer muni d’un ou plusieurs capteurs. Ils offrent alors des informations environnementales. De plus ils sont alimentés par une source d’énergie électrique autonome.

Puisque le travail est focalisé sur l’étude des robots mobiles, il est alors nécessaire d’entrer en détail dans le fonctionnement du système.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1: GENERALITES
1.1. Généralités sur la robotique
1.1.1. Définition
1.1.2. Historique
1.1.3. Le robot
a. Définition
b. Classification des robots
1.2. Le robot mobile
1.2.1. Définition
1.2.2. Constitution d’un robot mobile
a. La structure mécanique
b. La charge utile
c. La structure de commande
1.2.3. Principe de base de la navigation d’un robot mobile
a. Les systèmes de perception
b. Les méthodes de localisation
1.3. Généralités sur le signal de la parole
1.3.1. Définitions
1.3.2. Description de la parole
a. Niveau acoustique
b. Niveau phonétique
c. Niveau phonologique
d. Niveau morphologique
e. Niveau syntaxique
f. Niveau sémantique
g. Niveau pragmatique
1.3.3. Production de la parole
1.3.4. Les caractéristiques du signal de la parole
a. Les sons voisés (ou sonores)
b. Les sons non voisés
1.3.5. Classification des phonèmes
1.3.6. Les paramètres du signal de parole
a. La fréquence fondamentale
b. La hauteur de la voix
c. La durée
d. L’intensité
1.3.7. Les paramètres d’un son
1.3.8. La perception de la parole
1.4. Conclusion
CHAPITRE 2: MODELISATION ET COMMANDE DU SYSTEME ROBOT
2.1. Choix du moteur
2.2. Etude du variateur de vitesse
2.2.1. Variation de la vitesse du moteur
a. La commande par modulation de largeur d’impulsion
b. Intérêt de la commande MLI
2.2.2. Le hacheur en pont en H (quatre quadrants)
a. Définition
b. Principe de fonctionnement
2.3. Modélisations
2.3.1. Modélisation du hacheur
2.3.2. Modélisation du moteur
a. Description d’un moteur à courant continu
b. Modélisation d’un MCC
c. Fonction de transfert du moteur
2.4. Simulation du moteur
2.4.1. Caractéristiques du moteur
2.4.2. Les diagrammes de Bode et Nyquist
a. Diagramme de Bode
b. Diagramme de Nyquist
2.4.3. La réponse à un échelon de tension
2.4.4. Influence de la charge sur le moteur
2.5. Conclusion
CHAPITRE 3: REALISATION DU PROJET : COMMANDE D’UN ROBOT MOBILE PAR LA PAROLE
3.1. Présentation du projet
3.2. Présentation du côté robot à commander
3.2.1. Schéma du circuit
3.2.2. Arduino Uno
a. Présentation de la carte Arduino
b. La programmation Atmel ATmega328
3.2.3. Le driver demi-pont en H L293D
3.2.4. Le motoréducteur
3.2.5. Le module Bluetooth
3.3. Présentation du côté ordinateur et interface
3.3.1. Le langage utilisé
3.3.2. La commande par la parole
a. Prétraitement du signal de la parole
b. Apprentissage
3.3.3. L’interface de commande
3.4. Conclusion
CONCLUSION GENERALE