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1

Partie I : ...................................................................................................................................... 6

Phase dtude et planification .................................................................................................... 6

Chapitre I : Introduction la robotique ............................................................................................ 7

I. Introduction : ......................................................................................................................... 7

II. Composition des systmes robotiques : ............................................................................. 8

1) Les processeurs embarqus: ........................................................................................... 9

2) Les capteurs : ................................................................................................................ 10

3) Les systmes de vision : ............................................................................................... 12

4) Les effecteurs ............................................................................................................... 14

5) Les systmes de locomotion :....................................................................................... 14

6) Systmes de communication : ...................................................................................... 16

III. Les fonctions de la robotique ........................................................................................... 17

Chapitre II : Etude thorique et Inception ...................................................................................... 18

I. Introduction : ....................................................................................................................... 18

II. Mise en contexte: ............................................................................................................. 18

1) Principe et fonctionnalits du safety-bot : .................................................................... 18

2) Schma explicatif du projet : ........................................................................................ 19

III. Etude dtaille du systme informatique embarqu sur le Safety-bot : ........................... 20

1) Systme de communication par WIFI : ........................................................................ 20

2) Systme de traitement : ................................................................................................ 21

3) Les entres /Sorties : .................................................................................................... 21

IV. Etude de la cinmatique du robot et de la commande des moteurs : ............................... 22

1) Commande des moteurs par PWM : ............................................................................ 22

2) Etude de la cinmatique du robot: ................................................................................ 22

V. Architecture matrielle adopte : ..................................................................................... 25

Chapitre III : Gestion de projet et planification ............................................................................. 27

I. Introduction : ....................................................................................................................... 27

II. Structure du projet et planification : ................................................................................ 28

1) La partie commande du robot : .............................................................................. 28

2) La partie Tlsurveillance et vision : ..................................................................... 28

3) La partie Construction et intgration : .................................................................... 28

4) Diagramme de gantt : ................................................................................................... 29

III. Conclusion ....................................................................................................................... 30

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2

Partie II : ................................................................................................................................... 31

Commande du robot ................................................................................................................. 31

Chapitre I : Phase dtude et de modlisation ................................................................................ 32

I. Introduction : ....................................................................................................................... 32

II. Transmission des donnes: .............................................................................................. 33

1) Introduction sur la programmation socket : ................................................................. 33

2) Architecture Client/Serveur : ....................................................................................... 33

III. Carte lectronique utilise : ............................................................................................. 33

1) Description de la carte lectronique utilise : .............................................................. 33

2) Mode de fonctionnement de la carte : .......................................................................... 34

IV. Spcification gnrale de la partie commande : .............................................................. 35

Chapitre II : Phase de conception ................................................................................................... 37

I. Introduction : ....................................................................................................................... 37

II. Diagrammes dtats/Transitions et activits : .................................................................. 37

III. Mode de contrle du robot : ............................................................................................. 39

IV. Mode autonome : Excuter un circuit prenregistr : ...................................................... 41

V. Diagramme des classes : .................................................................................................. 42

VI. Elaboration de la base de donnes : ................................................................................. 44

1) Besoins : ....................................................................................................................... 44

2) Liste des donnes : ....................................................................................................... 44

3) Dictionnaire des donnes ............................................................................................. 45

4) Schma logique des donnes : ...................................................................................... 45

5) Modle relationnel : ..................................................................................................... 46

VII. Conclusion : ..................................................................................................................... 46

Chapitre III : Phase de ralisation .................................................................................................. 47

I. Introduction ......................................................................................................................... 47

II. Environnement logiciel .................................................................................................... 47

1) Rational Rose ............................................................................................................... 48

2) NetBeans ...................................................................................................................... 48

3) PostgreSQL .................................................................................................................. 48

4) Qt Jambi ....................................................................................................................... 49

5) La mise en place dune connexion rseau Ad-hoc ....................................................... 49

6) La cration et la connexion la base de donnes ......................................................... 51

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3

III. De lmission de lordre la carte : .............................................................................. 53

IV. Afficher le chemin : ......................................................................................................... 57

V. Conclusion : ..................................................................................................................... 58

Partie III : ................................................................................................................................. 59

Tlsurveillance et vision ......................................................................................................... 59

Chapitre I Analyse Fonctionnelle .................................................................................................. 60

I. Introduction : ....................................................................................................................... 60

II. Diagrammes de cas dutilisation : .................................................................................... 61

Chapitre II : Conception ................................................................................................................. 64

I. Introduction : ....................................................................................................................... 64

II. Diagrammes de squences : ............................................................................................. 64

III. Diagrammes dactivits : ................................................................................................. 68

Chapitre III : Ralisation ................................................................................................................ 72

I. Les techniques de dtection du mouvement : ...................................................................... 72

1) Introduction : ................................................................................................................ 72

2) Techniques de Dtection du mouvement : ................................................................... 73

3) Soustraction de limage de fond : ................................................................................. 74

4) Mise jour de limage de fond : .................................................................................. 76

II. Transmission de donnes : ............................................................................................... 78

1) Introduction : ................................................................................................................ 78

2) Transmission de flux vido : ........................................................................................ 78

3) Importation de donnes : .............................................................................................. 80

III. Mode autonome : ............................................................................................................. 81

IV. Conclusion : ..................................................................................................................... 82

Partie IV : Phase dintgration ................................................................................................. 83

I. Interfaces de lapplication : ................................................................................................. 84

1) Menu principal : ........................................................................................................... 84

2) Mode autonome : .......................................................................................................... 85

II. Mise en uvre du Robot : ................................................................................................ 85

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4

Introduction gnrale

Prsente dans tous les secteurs, linformatique simpose comme une discipline

scientifique pluridisciplinaire et dont les domaines dapplication restent trs nombreux. En effet,

parmi les diffrentes branches informatiques on peut citer linformatique scientifique,

linformatique de gestion, lingnierie des connaissances ou encore les systmes embarqus. Les

diffrents domaines dapplication vont de la biologie avec la bioinformatique laronautique et

lespace avec les systmes de transmission satellitaires ou lavionique en passant par la gestion du

flux dinformation en entreprise avec lingnierie des systmes dinformation.

Parmi les domaines dapplication en plein essor, lindustrie de la robotique simpose

comme lune des plus prometteuses. Il y a une vingtaine dannes, la robotique sest dveloppe

initialement dans le domaine manufacturier sous forme de bras manipulateurs destins des tches

de soudure, de peinture, de manutention, dassemblage. Cette robotique, dite industrielle, a permis

un accroissement important de la productivit et de la flexibilit des ateliers de production en

soulageant lhomme de travaux pnibles.

Toutefois, lunivers de la production est relativement bien structur et dterministe, si bien que le

robot industriel peut travailler le plus souvent "en boucle ouverte" par rapport son environnement.

Au-del de lactivit manufacturire, la robotique a diffus dans de nombreux autres

domaines o lenvironnement est moins bien connu, voire incertain ou mme hostile. Cest le cas

par exemple en robotique agricole o les tracteurs robotiss voluent dans un environnement naturel

peu structur avec des conditions dadhrence trs variables, mais aussi dans les domaines du

nuclaire, de la route automatise, de la robotique spatiale et sous-marine, sans oublier la robotique

humanode.

La robotique est par essence une discipline transversale qui met contribution lessentiel

des domaines scientifiques des sciences de lingnieur : la mcanique au niveau des modles des

systmes poly-articuls, de la locomotion et de la prhension, lautomatique pour la planification de

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trajectoires et la commande en boucle ouverte ou ferme, llectronique pour limplmentation des

contrleurs en temps rel et linstrumentation, linformatique au niveau du traitement des donnes

capteurs et des langages de programmation, la vision par ordinateur et le traitement dimages

jusquaux sciences sociales et politiques qui doivent prendre en compte lirrversibilit du progrs

technique dans lorganisation des socits humaines du futur.

Attirs par cet aspect gnraliste et pluridisciplinaire nous avons dcid de nous lancer le

dfi de concevoir et dvelopper un robot. A travers ce robot nous voulions appliquer lensemble des

connaissances acquises lESTI et nous ouvrir sur dautres comptences et connaissances

scientifiques comme limagerie numrique, llectronique ou mme la mcanique.

Nous avons dcompos ce rapport en 4 parties, qui dcrivent lenchainement logique que

nous avons adopt afin de mener bien ce projet. Dans la premire partie nous allons voquer

ltude que nous avons faite du domaine de la robotique ainsi que la spcification du projet quon

en a dduite. Dans les deux autres parties nous allons aborder la conception et la ralisation des

deux modules qui composent notre Robot.

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6

Partie I :

Phase dtude et planification

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7

Chapitre I : Introduction la robotique

I. Introduction :

La robotique est un domaine dont limportance crot danne en anne, et qui est considre comme

lun des domaines scientifiques et industriels les plus stratgiques au niveau mondial. Plusieurs

centaines dentreprises et de multinationales se spcialisent dans la recherche et la fabrication du

matriel de robotique. De plus, la robotique trouve son application dans des champs de recherche

trs varis comme la mdecine, lastrophysique, les tlcommunications, le transport et la

production de matriels et dquipements de haute technologie.

La robotique regroupe un trs vaste domaine dactivits du gnie humain. Plus de 700 000 robots

sont l'uvre aujourdhui dans lindustrie mondiale et des milliers dautres sont utiliss pour les

sciences de lthologie, de la mdecine et de la recherche spatiale.

peine ge de cinquante ans, la robotique profite de la progression rapide des micros technologies

et des nanotechnologies pour voluer vers une forme dintelligence artificielle qui dpasse

limagination des plus prolifiques auteurs de science-fiction.

Pourtant, cest un auteur de science-fiction, Isaac Asimov (1926-1996), que lon doit le terme

robotique et les trois lois qui doivent rgir la fabrication des robots.

Premire loi : Un robot ne peut porter atteinte un tre humain ni, restant passif, laisser cet tre humain expos au danger.

Deuxime loi : Un robot doit obir aux ordres donns par les tres humains, sauf si de tels ordres sont en contradiction avec la premire loi.

Troisime loi : Un robot doit protger son existence dans la mesure o cette protection nest pas en contradiction avec la premire et la deuxime loi.

Ainsi, la robotique est dfinie comme devant servir et protger ltre humain. Nous pourrions aussi

ajouter : et sen inspirer. Car, en comparant les fonctions humaines et celles des systmes

robotiques existants, nous dcouvrons que les chercheurs et les inventeurs sinspirent depuis

toujours de la physiologie humaine, que ce soit pour crer des machines simples, des robots

industriels ou des androdes.

La robotique est ne, il y a trs longtemps, du dsir des humains de se dpasser. Aprs avoir invent

des machines pour se servir et se protger, l'humain a voulu aller plus loin. Jusque dans lespace,

mme.

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II. Composition des systmes robotiques :

Un robot est une machine complexe, parce quelle peut apprendre faire des travaux rptitifs,

dangereux ou aller dans des endroits inaccessibles (trs petits) ou hostiles (comme dans lespace ou

sous la mer). Le robot est donc une machine ou un dispositif qui fonctionne de faon automatique

ou en rponse une commande distance. Un grille-pain automatique ou un four micro-ondes

sont des robots au mme titre que le robot manipulateur de la Station spatiale internationale. Les

robots peuvent presque tout faire : respirer des parfums, dtecter des produits dfectueux dans une

chane de montage, voir comme un il humain, assembler des pices compliques avec minutie

et perfection. Il y a aussi des robots dits intelligents , capables de sinstruire, de travailler et de

prendre des dcisions.

La robotique est ltude et la technologie des robots. Elle permet dlaborer des mcanismes

automatiss capables de remplacer ltre humain dans certaines fonctions. On peut classer les

systmes qui composent les robots en six grandes familles, qui sont semblables aux fonctions du

corps humains :

Le systme humain Le systme robotique Fonctions

Le cerveau Les processeurs embarqus

Ils ont des fonctions de

direction des oprations.

Exemple : Les

microcontrleurs industriels

La peau, le nez, les oreilles,

les papilles Les capteurs

Ils permettent de capter de

linformation tactile, lumineuse ou sonore.

Les yeux Les systmes de vision

Ils fonctionnent avec des

signaux optiques, capables de

voir . Exemple : une

webcam.

Les bras, les mains Les effecteurs

Ils excutent toutes les

fonctions de manipulation ou

de soutien doutils : pinces, perceuses, perches,

marteaux, balais, etc.

Les pieds Les systmes de transport

Ils utilisent des mcanismes

relis au mouvement : roues,

pieds, ailes, hlices, fuses,

etc.

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9

Scientifiquement non

identifi ce jour chez

lhumain !

Les systmes de

tlcommunications

Ils servent communiquer ou

agir distance. Exemple :

le tlphone, lInternet, le tlcopieur.

Tableau I : Analogie Homme/ Robot

1) Les processeurs embarqus:

Le processeur est lquivalent du cerveau en robotique. Il contrle, dcide, oriente et interprte les

programmes et commande les actions. Les ordinateurs, les puces avec mmoire, les systmes

informatiques sont des processeurs. Lorsque ces appareils sont minuscules, on les nomme

microprocesseurs.

Figure I.II.1 : microprocesseurs

Pour construire une habitation dans lespace comme la station spatiale, le cerveau humain doit

dployer des prodiges dimagination et de logique. Mais aujourdhui, il nest plus seul. Des

ordinateurs superpuissants font pour lui les calculs les plus complexes, excutent des programmes

haute vitesse commandant de nombreux systmes robotiques. Les plus rcents systmes robotiques

sont si petits quils sont pratiquement invisibles! Bientt, ces nano machines vont permettre de

construire des usines microscopiques et des robots qui nagent dans les artres et les rparent! Ainsi,

la taille et le poids des interfaces dordinateur se rduisent de plus en plus, ce qui est un avantage

fabuleux dans lespace.

Les styles architecturaux de ces processeurs varient selon la fonction et le domaine dapplication du

robot. Parmi les processeurs les plus utiliss on a :

Les processeurs DSP : Principalement utilis dans le traitement numrique du signal. Les DSP sont utiliss dans la plupart des applications du traitement numrique du signal en temps rel.

Exemple : Robot contrl distance via une connexion WIFI.

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10

Les processeurs ARM : Ce sont des processeurs architecture RISC. les processeurs ARM font partie des processeurs dominants sur le march de linformatique embarque en particuliers dans le secteur de la tlphonie mobile et les tablettes.

Les microcontrleurs : Un microcontrleur se prsente sous la forme dun circuit intgr runissant tous les lments dune structure base de microprocesseur. Voici gnralement ce que lon trouve lintrieur dun tel composant :

Un microprocesseur (C.P.U)

De la mmoire de donne (RAM et EEPROM)

De la mmoire programme (ROM, OTPROM, UVPROM ou EEPROM)

Des interfaces parallles pour la connexion des entres / sorties

Des interfaces sries (synchrone ou asynchrone) pour le dialogue avec dautres units

Des timers pour gnrer ou mesurer des signaux avec une grande prcision temporelle

Parmi les circuits imprims dans lesquels on peut trouver des microcontrleurs, et qui sont trs

utiliss en robotique, on peut citer les modules Arduino.

Les circuits logiques programmables (FPGA) : Ce type de produit peut intgrer dans un seul circuit plusieurs fonctions logiques programmables par lutilisateur. Sa mise en uvre se fait trs facilement laide dun programmateur, dun micro-ordinateur et dun logiciel adapt.

2) Les capteurs : Les capteurs sont des systmes permettant au robot de recueillir de linformation dans le milieu qui

lentoure. Il y a des capteurs tactiles (toucher), sonores, lumineux et calorifiques (chaleur). Le

systme de vision artificielle est une version part de ce type de systme.

Les capteurs sapparentent beaucoup nos sens. De fait, nos mains, qui peuvent toucher et ressentir

la chaleur, nos oreilles, qui peuvent entendre, nos yeux, qui peuvent voir, et mme notre nez, qui

peut sentir, sont de parfaits exemples de capteurs.

Nos sens captent des sensations et les transmettent notre cerveau, notre processeur . On voit

bien que lhumain a vraiment conu le robot pour quil lui ressemble... en quelque sorte!

Voici un aperu des types de capteurs quon peut trouver dans lindustrie de la robotique :

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11

LES CAPTEURS LES PLUS FREQUENTS...

Inductif.

Produisent dans l'axe du capteur un champ magntique oscillant.

Ce champ est gnr par systme constitu d'une selet d'une

capacit monte en parallle. Lorsqu'un objet mtallique pntre

dans ce champ, il y a perturbation de ce champ, attnuation du

champ oscillant.

Capacitif.

Capteurs de proximit qui permettent de dtecter des objets

mtalliques ou isolants. Lorsqu'un objet entre dans le champ de

dtection des lectrodes sensibles du capteur, la frquence des

oscillations est modifie en mme temps que la capacit de

couplage du condensateur.

Capteur photolectrique ou

optique.

se compose d'un metteur de lumire associ un rcepteur. La

dtection d'un objet se fait par coupure du faisceau lumineux

Capteur de position.

Ce sont des capteurs contact. Ils peuvent tre quipe d'un galet,

d'une tige souple, d'une bille. L'information donne par ce type de

capteur est de type tout ou rien et peut tre lectrique ou

pneumatique.

Capteur ILS (Interrupteur

Lame Souple)

Un capteur ILS est un capteur de proximit compos d'une lame

souple sensible la prsence d'un champ magntique mobile.

Lorsque le champ se trouve sous la lame, il ferme le contact du

circuit provoquant la commutation du capteur. Ce capteur se monte

directement sur un vrin et permet de dtecter des positions autres

que les positions extrmes. Pour utiliser ce type de capteur, il est

ncessaire d'utiliser un vrin comportant un aimant sur le piston.

Capteurs fuite.

Les capteurs fuite sont des capteurs de contact. Le contact avec

l'objet dtecter peut se faire soit par une tige souple, soit par une

bille. Pour pouvoir fonctionner correctement, ces capteurs doivent

tre coupls avec un relais pour capteur fuite. Le capteur est

aliment en pression par le relais. L'air peut alors s'chapper de ce

capteur par un orifice prvu cet effet. Lorsque la bille ou la lame

souple est dplace dans son logement, elle obture l'orifice

d'vacuation d'air et le relais pour capteur fuite se dclenche et

met un signal la pression industrielle.

Capteur de temprature : pyromtre, thermomtre, sonde PT100, thermocouple,

thermistance...

Capteur de pression : tube de Bourdon, capsule anrode, pizo-lectrique, corde

vibrante, baromtre, hypsomtre...

Capteur de lumire : photodiode ou phototransistor, capteur photographique, cellule

photolectrique...

Capteur de dbit :

dbitmtre turbine, roues ovales, plaque orifice, tube de Pitot,

dbitmtre effet vortex, dbitmtre, lectromagntique,

dbitmtre Venturi, dbitmtre ultrasons, dbitmtre ionique,

dbitmtre massique...

Capteur de courant : Capteur de courant effet Hall, Shunt...

Capteur de son : microphone, hydrophone...

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3) Les systmes de vision : Les systmes de vision artificielle, tout comme lil humain, recueillent des signaux optiques. Ils

peuvent voir dautres parties du spectre lectromagntique tel que les hyperfrquences et

linfrarouge, contrairement notre il.

Par exemple le systme canadien de vision spatial, mis bord des navettes et de la Station spatiale

internationale, fournit en temps rel des donnes sur lorientation, lemplacement et la position dans

lespace dun objet. Sa prcision est telle quil peut dire si lobjet avance, recule ou tourne, en

utilisant des repres visuels synthtiques, puisque dans un environnement comme lespace, il ny a

pas de repres naturels pour identifier o se trouvent le haut et le bas.

Parmi les disciplines connexes qui nous permettent dextraire de linformation ou partir dune

suite dimage on a :

La reconnaissance des formes : Le problme que cherche rsoudre la reconnaissance des formes est d'associer une tiquette une donne qui peut se prsenter sous forme d'une image

ou d'un signal. Des donnes peuvent recevoir la mme tiquette, ces donnes sont les

ralisations ou les exemplaires de la classe identifie par l'tiquette. Par exemple, le son /a/

prononc par diffrents locuteurs conduit des signaux diffrents mais ces diffrences ne sont

pas significatives du point de vue de l'identification du son, ces signaux sont des ralisations

de la classe /a/. De mme, l'criture manuscrite du caractre A varie d'un scripteur l'autre

mais le lecteur identifiera le caractre A pour chacune de ces ralisations.

Des mthodes gnrales ont t dveloppes en reconnaissance des formes pour extraire

automatiquement des informations des donnes sensibles afin de caractriser les classes de

formes (apprentissage) et d'assigner automatiquement des donnes ces classes

(reconnaissance). La mise en uvre de ces mthodes gnrales pour des problmes particuliers amne introduire la notion de processus de reconnaissance qui pose la question

de l'intgration des mthodes de la reconnaissance de formes dans un systme qui a pour but

de reconnatre des formes.

Paralllement aux travaux sur les mthodes de reconnaissance, se dveloppaient le traitement

d'image, la vision par ordinateur, et le traitement de la parole. Ces domaines ont focalis le

problme de la reconnaissance sur des donnes spcifiques, mais par ailleurs ils ont permis de

situer la reconnaissance dans un processus plus vaste d'interprtation d'image ou de

comprhension de la parole impliquant des niveaux de perception et des connaissances

propres au domaine.

Vision industrielle : La vision industrielle est utilise au niveau des chaines de production afin de contrler la cadence de production ou encore grer le flux dobjet au niveau de ces chaines. Par ailleurs la vision industrielle peut tre utilise dans la robotique non dterministe o la

machine doit prendre une dcision en fonction des vnements auxquelles elle est confronte.

Parmi les applications de la vision par ordinateur au domaine de la robotique on peut citer :

Tableau II : Les types de capteurs

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13

vitement d'obstacle

reconstruction 3D

environnement non structur / hostile

temps rel primordial

Le system de vision varie selon le domaine dapplication, le milieu physique et les fonctions du

robot.

Phnomne Physique Grandeur mesure Capteur

mission et rflexion

de la lumire visible

Rflectance, luminance,... CCD, CMOS,

Barrettes CCD,...

Rayonnement

infrarouge

Luminance IR (chaleur), ... Bolomtres,...

cho ultrasonore Distance, densit de tissus,...

chographie,

sonar,

Rsonance magntique

Prsence d'un corps

chimique,... IRM, RMN,...

cho lectromagntique

Distance, spcularit de

surfaces, Radar, SAR,...

Absorption des rayons X Densit de tissus,... Radiographie,

tomographie,...

Tableau III : Phnomnes physiques, image et capteurs

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14

4) Les effecteurs Dans le corps humain, les effecteurs sont les messagers qui ragissent quand un des sens (capteurs)

demande une action. En robotique, les effecteurs effectuent les tches manuelles demandes

par lutilisateur laide de leurs terminaisons-outils. Exemple : Bras manipulateur.

5) Les systmes de locomotion : Pour vous dplacer dune pice lautre dans la maison, vous avez le choix de marcher, ramper,

sauter ou encore de vous y prendre dune multitude d'autres faons. Lorsqu'on fabrique un robot, il

est important de dterminer comment celui-ci se dplacera. Certains robots sont munis de roues,

comme les tracteurs. Dautres font partie dune chane de montage, ce qui signifie quils demeurent

au mme endroit pendant que les objets qui sont fabriqus, ou rpars se dplacent sur un tapis

roulant.

Concernant la robotique mobiles voici un chantillon des bases mobiles les plus utilises :

Les plateformes diffrentielles :

Figure I.II.5.a : Pioneer 2 DX de la socit ActivMedia

Une des configurations les plus utilises pour les robots mobiles dintrieur est la configuration

diffrentielle qui comporte deux roues commandes indpendamment. Une ou plusieurs roues folles

sont ajoutes lavant ou larrire du robot pour assurer sa stabilit. Cette plate-forme est trs

simple commander, puisquil suffit de spcifier les vitesses des deux roues, et permet de plus au

robot de tourner sur place.

L

V

r

1 Figure I.II.5.b : Exemple de plate-forme diffrentielle

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15

Lestimation du dplacement par odomtrie est galement trs simple partir de la mesure des

vitesses de rotation des deux roues 1 et 2. Les vitesses de translation v et de rotation sont en

effet donnes par :

V= (1r + 2r)/2

= (1r - 2r)/2L

Ce type de plate-forme peut galement tre utilis avec des chenilles ce qui fournit une capacit de

franchissement de petits obstacles intressante Ces plates-formes peuvent ainsi tre utilises en

milieu urbain, ou dans des dcombres. Lutilisation de chenilles conduit cependant une odomtrie

trs bruite cause du contact mal dfini entre les chenilles et le sol.

Les plates-formes omnidirectionnelles :

Les plates-formes omnidirectionnelles permettent de dcoupler de manire encore plus nette le

contrle de la rotation et de la translation dun robot. Elles utilisent pour cela 3 ou quatre roues qui

tournent la mme vitesse pour fournir une translation et un mcanisme qui permet dorienter

simultanment ces roues dans la direction du dplacement souhaite. Le corps du robot lui-mme

neffectue pas de rotation mais uniquement des translations. Ce systme permet un contrle trs

simple et relativement rapide car les changement de direction ne concernent que les roues et

peuvent donc se faire trs vite. Par contre ces plateformes sont relativement limites en capacit de

franchissement et requirent un sol trs plan.

Figure I.II.5.c : Exemple de plate-forme diffrentielle

Les plates-formes non holonomes :

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Des plates-formes non holonomes, de type voiture, sont galement utilises en robotique mobile.

Ces plates-formes sont toutefois plus difficiles commander car elles ne peuvent pas tourner sur

place et doivent manuvrer, ce qui peut tre difficile dans des environnements encombrs.

Figure I.II.5.d : Exemple de plate-forme non holonome.

Les plateformes pattes :

Des plates-formes deux, quatre ou six pattes peuvent galement tre utilises. Les plates-formes

six pattes sont relativement pratiques car le robot est en quilibre permanent, ce qui facilite le

contrle. Les plates-formes deux ou quatre pattes sont plus complexes commander et le simple

contrle de la stabilit et dune allure de marche correcte reste aujourdhui difficile, ce qui les rend en gnral relativement lentes. Lodomtrie de ce type de plates-formes est de plus gnralement de trs faible qualit. Ces diffrents facteurs font que ces plateformes sont rarement

utilises quand lapplication vise a un besoin prcis de positionnement et de navigation. De telles plates-formes commencent cependant apparatre relativement grande chelle (par exemple le

robot Aibo de Sony) et peuvent tre utilises en conjonction avec certaines mthodes de

navigation prcises.

6) Systmes de communication : Les systmes robotiques peuvent communiquer avec des ordinateurs, des tlphones portables, ou

encore avec dautres robot. Cette communication peut tre cble, comme elle peut se faire grce

aux signaux transmis dans lespace. Afin de rendre cette communication possible le robot dispose

de bus et autre systmes muni de protocoles de communication qui jouent le rle dinterfaces entre

le microprocesseur et le monde extrieur. Les bus et protocoles de communication les plus connu

sont :

Bus USB

Bus CAN

RS232

WIFI

Bluetooth

Bus Ethernet

Bus I2C

Zig-Bee

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17

III. Les fonctions de la robotique

Les robots jouent un rle d'une importance cruciale dans nos vies. Et cette importance s'accrot

vue d'il! Il existe des milliers d'applications possibles la robotique et encore plus explorer. Les

robots sont dj largement utiliss dans les milieux hostiles afin de rduire les risques encourus par

les humains. On utilise aussi des robots dans les usines d'assemblage, de production, etc.

On se sert de robots pour effectuer certaines tches qui sont ennuyantes, rptitives ou qui

demandent une extrme prcision. Un robot ne se plaint jamais... Il ne s'endort ni ne mange non

plus!

Il existe presque autant de fonctions de la robotique qu'il existe de robots. Ils nous appuient dans

notre vie quotidienne, au travail, l'cole... partout!

Devant toutes ces perspectives, nous avons dbut notre projet par une phase dtude afin de dfinir

les fonctionnalits ainsi que larchitecture tant matrielle que logicielle de notre futur robot.

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18

Chapitre II : Etude thorique et Inception

I. Introduction :

Partant dun niveau dabstraction lev, nous allons voir dans ce chapitre les tapes par lesquelles

nous sommes passes pour aboutir une ide bien dfinie, qui est celle du robot de surveillance

contrl par ordinateur. Par ailleurs, vu quun robot peut tre considr comme un Systme

complexe , cette phase dtude nous a permis de dcomposer notre systme en un ensemble de

sous systmes dont linteraction permettrait daboutir au rsultat escompt. Grce aux diffrents

modles mathmatiques que nous avons utiliss nous avons pu choisir les principaux composants

du robot en loccurrence ceux des systmes lectroniques et mcaniques. La partie Informatique

quand elle nous permis de commander le robot tout en lui procurant une certaine forme

dintelligence, lanalyse fonctionnelle et la conception des modules informatiques dont est

compos le systme informatique seront dtailles dans les parties 2 et 3 du rapport .

II. Mise en contexte:

Notre dmarche de conception et ralisation dun robot de surveillance contrl par ordinateur est

une dmarche personnelle travers laquelle nous voulions mettre en application une grande partie

des connaissances que nous avions pu acqurir lESTI tout en explorant dautre domaines

scientifiques comme llectronique ou encore la mcanique.

1) Principe et fonctionnalits du safety-bot :

Principe : Safety-bot est un robot quip dune camera et pouvant tre command

distance via une connexion WIFI.

Fonctionnalits : Safety-bot peut tre contrl par lutilisateur distance dans un

environnement donn sans que celui-ci ne soit prsent sur le mme lieu que le robot. En effet

grce la camra embarque au bord du robot, celui-ci peut tre pilot grce aux images

transmises en temps rel au poste de commande, ainsi lutilisateur peut prendre les dcisions

ncessaires en se basant sur les images reues. Profitant de cette camra embarque et

voulant nous ouvrir sur le domaine du traitement de limage nous avons inclus une fonction

de dtection du mouvement permettant dalerter lutilisateur dun mouvement suspect

produit lorsque le robot est immobile et au moment o lutilisateur ntait pas devant son

centre de contrle. Nous avons aussi travaill sur un mode autonome. Ce mode procure au

robot une intelligence qui lui permet de dtecter un obstacle et lviter. Voici un rcapitulatif

de lensemble des fonctions du Safety-bot :

Commande distance via une connexion Wifi

Tlsurveillance

[Tapez un texte]

19

Dtection du mouvement et alerte dintrusion

Mode autonome grce une fonction de dtection dobstacles et une autre base

de circuit prenregistr.

2) Schma explicatif du projet :

Centre de contrle

Voies de communication

(Connexion WIFI ad-hoc)

Le robot (Safety-bot)

Figure II.II.2 : Schma explicatif de lacheminement de linformation

Messages N1 : Ces messages sont mis partir du centre de commandes vers le robot. ils se

dcomposent en deux catgories :

Messages de commande de robot (avancer, tourner droite, reculer.)

Messages de contrle de la camra (Ouvrir, fermer)

Ordinateur

Systme

Informatique

embarqu

Camera

1

4

Moteurs

2

3

[Tapez un texte]

20

Messages N2 : Ces messages sont les ordres directs envoys aux moteurs aprs traitement des

messages N1 au niveau de lunit de traitement embarque.

Messages N3 : Ces messages se dcomposent en deux catgories :

Ordres vers la camra

Images transmises de la camra vers lunit de traitement embarque.

Messages N4 : Ces messages reprsentent les images transmises en temps rel vers le centre

de contrle.

III. Etude dtaille du systme informatique embarqu sur le Safety-bot :

Afin de pouvoir traiter les requtes envoyes depuis le poste de commande, le robot doit tre

muni dun rcepteur WIFI lui permettant dextraire linformation partir dun signal analogique.

Ensuite pour pouvoir transformer cette information en ordre effectif le robot besoin dun

microprocesseur qui, aprs avoir trait linformation, transmettra lordre directement la cible

travers une sortie spcifique. Ayant opt pour des moteurs courant continu, et pour pouvoir en

contrler la vitesse il tait ncessaire davoir un systme embarqu muni de sorties permettant ce

genre de manuvres.

De mme, afin de pouvoir traiter les images et les envoyer au poste contrle, le robot a besoin dun

microprocesseur assez puissant et dun metteur WIFI, dont la vitesse de modulation permet un

transfert haut dbit et ce pour avoir un ratio Images/seconde raisonnable.

1) Systme de communication par WIFI : Afin de pouvoir communiquer distance avec le Safety-bot, il faut que celui-ci soit muni

dun systme de communication lui permettant dmettre et recevoir des donnes. Puisque nous avons

intgr une fonction de streaming vido notre projet, ce systme de communication doit proposer

Systme de communication par

WIFI

Systme de traitement de

linformation

Entres/Sorties adquates

Camra

Moteurs

Figure II.III : Architecture abstraite du systme informatique Embarqu sur le

Safety-

[Tapez un texte]

21

un dbit de transmission assez lev. Cest ainsi que nous avons dcid dutiliser le protocole de

communication WIFI.

2) Systme de traitement : Pour avoir une grande puissance de calcul deux possibilits se sont offertes nous :

Les kits de dveloppement embarqus : Ce sont des solutions embarques, gnralement

munies dun systme dexploitation embarqu type Linux embarqu ou Windows CE .

Ces kit permettent de dvelopper des applications diverses dans des domaines comme la

robotique, la domotique ou encore les transports. Au dbut nous avons trouv un kit de

dveloppement muni dun processeur ARM9 32bit et dun systme de transmission WIFI,

dune entre USB pour brancher une Webcam ainsi que de plusieurs sorties PWM trs utiles

pour faire fonctionner les moteurs (nous expliquerons leurs principes par la suite). Cest sur

cette solution que cest port notre intrt vu que le processeur offrait la puissance ncessaire

pour dvelopper nos diffrents modules, surtout celui de la dtection du mouvement.

Seulement lacquisition de ce genre de carte ncessite son importation depuis ltranger, ce

qui nous a pousss chercher une autre solution.

Un ordinateur portable (de prfrence lger) : Un ordinateur portable a plusieurs avantages.

La premire cest quil offre une puissance de calcul trs satisfaisante il peut tre muni dune

webcam intgre et du WIFI. En contre partie ordinateur noffre pas les sorties permettant de

commander les moteurs. Le choix de cette option nous a impos de rechercher un systme qui

joue le rle dinterface entre les effecteurs (Moteur) et lunit de traitement (Ordinateur). Ainsi

une carte qui, munie de deux sorties PWM et de huit sorties numriques, nous a permis

dinterfacer entre lordinateur et les moteurs. Nous allons tudier le signal PWM et voir son

utilit par la suite.

3) Les entres /Sorties : Lacheminement de linformation travers notre systme, suppose lexistence dentres et de

sorties. Les entres et sorties dont nous avons besoin sont les suivantes :

Entre USB : pour brancher la camera sur le systme de traitement de linformation.

Sorties Analogiques PWM : pour faire varier la vitesse des moteurs

Sorties numriques : pour faire fonctionner les moteurs en mode tout ou rien.

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22

IV. Etude de la cinmatique du robot et de la commande des moteurs :

Pour pouvoir choisir les moteurs, le systme informatique embarqu ainsi que la

plateforme ncessaire, une tude fondamentale faisant appel quelques modles mathmatiques

tait ncessaire. En effet il ne fallait pas se trouver avec une carte ne permettant pas de commander

les moteurs avec une vitesse variable, ou des moteurs ne pouvant pas supporter le poids du robot.

1) Commande des moteurs par PWM : Il est trs souvent ncessaire de faire varier la puissance transmise une charge. Par exemple,

l'intensit d'une lampe doit varier ou la vitesse d'un moteur doit tre rgle. La premire ide qui

vient l'esprit est de faire varier la tension ou le courant dans la charge. Mais il faut pour cela des

circuits lectroniques complexes. Il est gnralement beaucoup plus simple d'alterner les moments

o la puissance maximale est transmise la charge avec les moments o aucune puissance n'est

transmise.

Figure II.IV: Principe de PWM

Comme indiqu sur la figure, le signal est de priode constante, mais la dure de la partie active du

signal varie. Dans la premire partie, 25% de la puissance maximale est envoye la charge, vu que

le signal est 1 durant 25% du temps, alors qu'il est 0 le reste du temps. De mme, la

puissance passe 50% au milieu du trac et 75% sur la dernire partie.

La frquence du signal va dpendre de l'application. Pour commander une diode lumineuse, la

frquence doit tre suprieure 100Hz, pour que l'oeil humain ne voie pas le clignotement. Dans ce

cas, c'est bien l'il qui effectue l'intgration du signal pour en percevoir une valeur moyenne. Pour

un moteur courant continu, ce sont la fois l'inductance de son circuit lectrique et son inertie qui

participent cette intgration. Les frquences des signaux PWM peuvent aller couramment jusqu'

des centaines de kHz. Mais plus la frquence est leve, plus les pertes lectriques l'instant des

commutations sont importantes et peuvent dissiper de l'nergie dans les lments de commutation.

2) Etude de la cinmatique du robot: Le choix du moteur qui correspond le plus nos besoins et qui fait dplacer le robot est tributaire du

calcul de la puissance ncessaire que doit avoir celui-ci.

Pour calculer la puissance du moteur, on a utilis le thorme de l'nergie cintique.

Ce thorme traduit la variation de l'nergie cintique entre l'instant 0 et l'instant t est gale la

somme des travaux des forces extrieures. Le travail d'une force est gal la multiplication du

[Tapez un texte]

23

vecteur force par le vecteur de dplacement...)

Mathmatiquement :

Avec :

Et :

Voici un schma simple pour visualiser le problme :

Alpha

Donc :

- La force moteur qui fait avancer le robot (force vers l'avant et parallle au sol : le robot monte

la pente). Le travail est positif car la force est dans le mme sens que le mouvement du robot :

- Le poids du robot qui a tendance lui faire descendre la pente. L'angle entre la verticale et la

F

R

P

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24

force est gal l'angle de la pente Le travail est ngatif car le mouvement est en sens inverse de

la force :

D'aprs la formule, s'il n'y a pas de pente alors il n'y a pas de travail de la part de cette force.

Inversement, plus l'angle est grand, et plus le travail est important, il faudra donc un travail plus

important de la part du moteur pour faire avancer le robot.

Do :

Et donc :

De ce fait on connait la force F que doit fournir le moteur par lintermdiaire des roues pour une

vitesse v. Or un moteur fournit un couple :

On peut donc calculer la puissance ncessaire au moteur :

[Tapez un texte]

25

Lapplication des valeurs numriques selon les donnes correspondantes notre cas nous permet de

dterminer la puissance ncessaire dont a besoin notre moteur.

V. Architecture matrielle adopte :

Etant dans limpossibilit dacqurir kit de dveloppement embarqu, nous avons opt pour la

solution de lordinateur portable embarqu sur le robot et reli une carte lectronique qui servira

dinterface entre lordinateur et les moteurs. Pour la webcam nous avons la possibilit dutiliser

celle intgre lordinateur portable ou en brancher une, via le port USB. Voici le schma de

larchitecture du systme informatique embarqu sur notre robot :

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26

Figure II.V: Architecture matrielle du robot

Transmission

dordres

Transmission

dimages

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27

Chapitre III : Gestion de projet et planification

I. Introduction :

Vu la complexit du projet et linteraction entre ses diffrentes composantes, il nous a fallu trouver

une solution nous permettant de travailler en parallle sur les diffrents sous systmes du robot.

Cela permet de dcomposer le projet en plusieurs parties peu lies, ou indpendantes les unes des

autres. Cette modularit nous a permis de gagner beaucoup de temps et defforts.

Figure II.I: Modularit du projet

Projet

Module 1

(quipe 1)

Module n

(quipe n)

Module 2

(quipe 2)

Rsultat

Ph

ase

d

tud

e

Con

cep

tion

et

Ra

lisa

tio

n

In

tg

rati

on

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28

II. Structure du projet et planification :

Nous avons dcompos notre projet en plusieurs modules relativement indpendants afin de

parallliser notre travail et ainsi gagner en temps et en effort. Notre projet tant de dvelopper un

robot de tlsurveillance assist par ordinateur, nous avons dcid de diviser le travail en trois

grandes parties. La premire concerne la conception et ralisation de la partie commande du robot,

la deuxime partie concerne le systme de tlsurveillance et de vision du robot. Enfin la troisime

partie fut celle de la ralisation de la plateforme mobile du robot, sur laquelle allaient tre intgres

les autres parties.

1) La partie commande du robot : Cette partie concerne la mise en place dun systme permettant de contrler les mouvements du

robot distance. En effet aprs la phase dtude thorique nous avions dcid de communiquer avec

notre robot en utilisant une connexion WIFI. La technique de communication utilise est la

programmation socket. Utilisant une carte lectronique munie dune DLL il fallait dvelopper

une application sur lordinateur embarqu sur le robot permettant de contrler et manipuler les

sorties de celle-ci en fonction du message reu de la part du centre de contrle.

La partie commande du robot est donc elle-mme dcompose en 3 modules :

Conception et ralisation de lapplication du centre de contrle

Conception et ralisation de lapplication embarque sur lordinateur du robot

Ralisation du module de communication par socket

2) La partie Tlsurveillance et vision : Dans cette partie nous avons essay de rassembler tous les modules en rapport avec la manipulation

des images et leur transmission. En effet il nous fallait dvelopper un systme de transmission

dimages en temps rel afin davoir un ratio images/secondes nous permettant de contrler notre

robot sans lavoir dans notre champ de vision. Un autre module trs important est celui de la

dtection du mouvement qui nous permet de dtecter une intrusion dans le champ de la camra.

Enfin nous avions intgr une fonction appele mode autonome qui permet au robot dviter un

obstacle soudain qui pourrait se mettre au travers de son chemin.

3) La partie Construction et intgration : Cest la partie ou on assemble tous les modules afin daboutir un rsultat final. Dans notre cas il

nous fallait construire une plateforme mobile au dessus de laquelle nous devions installer

lordinateur, la carte et les moteurs. Une fois la plateforme prte, il nous restait qu attendre la

finalisation des autres parties afin de les y intgrer.

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29

4) Diagramme de gantt :

Figure III.II.a: Ensemble des tches

Figure III.II.b: Diagramme de gant

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30

III. Conclusion

Dans cette partie, nous avons essay dintroduire et de mettre en contexte notre projet, en prsentant

les diffrents aspects thoriques tudis, et ce pour dgager une mthode de travail permettant de

raliser nos objectifs et mettre en uvre ce robot, tout en tenant en compte du temps disponible.

Nous avons aussi expliqu les raisons pour lesquelles nous avons divis ce travail en 3 parties qui

seront prsentes dans les pages qui suivent.

Dans la prochaine partie de ce rapport, nous allons nous intresser essentiellement tout ce qui est

en rapport avec la commande distance du robot, en expliquant le principe de transmission de

donnes par socket, le fonctionnement de la carte de contrle, ainsi que les diffrents dtails

concernant lacheminement des ordres de lutilisateur, partant de linterface et arrivant la carte de

contrle.

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31

Partie II :

Commande du robot

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32

Chapitre I : Phase dtude et de modlisation

I. Introduction :

La partie commande consiste dvelopper un robot mobile de surveillance, pilot distance par

connexion wifi. Sa commande est donc tributaire dune architecture client/serveur, en effet une

application cliente, situe sur lordinateur de commande, est connecte au robot serveur afin de le

piloter.

Nous avons durant trois mois rflchi aux fonctionnalits mettre en uvre, tenant compte de la

dure de temps disponible nous avons finalement dcid de retenir les fonctionnalits estimes

ralisables.

Initialement, notre objectif tait limit au contrle distance des mouvements dun robot. plus tard

il a t question dlargir les possibilits de contrle. Nous avons alors dcid de ne pas nous suffire

notre objectif initial, mais den rajouter dautres modes ou possibilits de commande savoir le

dplacement en mode autonome, en circuit prenregistr, ou en dtectant et vitant des obstacles.

Pour ce dernier cas, le dplacement du robot se fait indpendamment de lintervention de

lutilisateur.

Nous allons donc en premier lieu faire une pr-tude thorique sur la transmission de donnes par

socket, dcrire la carte lectronique utilise et prsenter ensuite la phase dtude et de modlisation

pour enfin traiter la phase de ralisation du centre de contrle du robot.

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33

II. Transmission des donnes:

1) Introduction sur la programmation socket :

Le socket permet la communication entre divers processus aussi bien sur une mme machine qu'

travers un rseau TCP/IP.

On distingue deux modes de communication le mode connect et le mode non connect

Etant donne que le mode connect et plus garanti que celui du non connect, on a opt pour le

choix du mode connect qui utilise le protocole TCP et permet une communication fiable, do le

choix de ce protocole pour la transmission des ordres au robot.

2) Architecture Client/Serveur :

Un Socket client est un Socket qui se connecte sur un Socket serveur pour lui demander d'effectuer

des tches.

Principe de fonctionnement :

1) Cration dun "socket serveur" associ un port

2) Connexion au socket serveur situ au pc intgr au robot, en lui envoyant lordre de

sexcuter.

3) Communication client /serveur par sockets, tant que lutilisateur ne sest pas dconnect.

III. Carte lectronique utilise :

1) Description de la carte lectronique utilise : Le module VM110 ou de Velleman est une carte dexprimentation USB fournissant des

entres/sorties pilotes depuis un ordinateur connect un PC. En effet grce cette carte, il est

possible de connecter les moteurs.

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34

Carte K8055

Elle a les caractristiques suivantes :

5 entres numriques TTL 5V

2 entres analogiques

8 sorties numriques

2 sorties analogiques avec conversion analogique et PWM

2 compteurs

Pour accder aux ressources analogiques ou numriques de la carte, il suffit de programmer un

module en Java pour la contrler via une DLL fournie par le constructeur de la carte, contenant

toutes les fonctions et les procdures de la DLL.

2) Mode de fonctionnement de la carte :

2.1) Principe daccs une DLL depuis Java

Une DLL est considre comme une ressource "native", car il sagit dun binaire appelant des

ressources bas-niveau du systme dexploitation. Dans notre cas (DLL fournie par un constructeur),

il est impossible de recompiler le code pour indiquer quon souhaite utiliser JNI. Il faut donc

trouver une solution dinterface Java / natif qui laisse la DLL inchange.

2.2) Les oprations daccs aux fonctions de la carte:

Etudier la DLL cible pour connatre les fonctions quont trouvent sur le DataSheet de la

carte

Installer la DLL dans le rpertoire c :/Windows/system32

Crer une classe Java base sur JNative

Ecrire les oprations qui implmentent les accs chaque fonction de la DLL

Ecrire de nouvelles fonctions simplifies indpendantes de JNative

Compiler et tester le programme Java

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35

IV. Spcification gnrale de la partie commande :

Nous considrons que lutilisateur est le commandant du robot, ainsi toutes les composantes du

systme de commande du robot fonctionnent selon les choix de lutilisateur. Cest dans ce contexte

que la notion de mode de commande est retenue. Lutilisateur dispose de divers choix de

contrles du robot, il peut le faire en temps rel en indiquant, la direction prendre et la vitesse de

mouvement tenir, ou le garder en mode autonome avec la possibilit de choisir un des deux sous

modes suivants:

1) Suivi dun circuit enregistr au pralable par lutilisateur sur la base de donnes, et ce

en simulant une succession bien prcise de mouvements

2) Dplacement libre du robot une vitesse fixe et inchange, avec dtection des

obstacles laide dune camra et vitement de ces derniers (ce sous-mode est expliqu

dans la partie imagerie)

Ceci aboutit donc au diagramme de cas dutilisations gnral suivant :

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Le diagramme suivant dcrit l'interaction entre l'utilisateur et le systme, en prsence d'une interface

intermdiaire.

En un premier temps, l'utilisateur doit s'authentifier, c'est sur l'interface qu'il va entrer ses

donnes de connexion pour quelles soient transfres au systme pour la vrification de validit.

Un principe similaire est adopt quand l'utilisateur choisit un mode de commande : le choix est

manifest par un appui sur un bouton de l'interface, puis il est transmit au systme qui excute le

code spcifique ce choix.

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37

Chapitre II : Phase de conception

I. Introduction :

Dans ce chapitre, nous allons aborder avec plus de dtails, la commande du robot en fonction des

diffrents modes. Une description globale des diffrents tats possibles du robot sera succde

dune prsentation des choix de lutilisateur, pour enfin dtailler le fonctionnement de chaque

mode de commande.

II. Diagrammes dtats/Transitions et activits :

Ce diagramme dcrit les tats du systme qui varient en fonction des choix de l'utilisateur travers

l'interface.

Une fois la connexion au systme est tablie (authentification) lutilisateur choisi le mode

excuter, sachant que chaque mode propose un ensemble d'options qui lui sont propres (choix d'une

direction pour le mode contrle, choix d'un circuit dj enregistr pour le mode autonome). Il est

signaler lexistence doptions communes plusieurs modes (arrt du robot, enregistrement du

circuit). Ces tats communs sont accessibles partir de tous les modes. Il est remarquer que

plusieurs possibilits sont donnes l'utilisateur qui peut, par exemple, quitter ou changer de mode

son gr.

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38

Ainsi l'utilisateur, passe par trois tats principaux : dconnect au dbut et la fin, connect aprs

authentification et commander le robot selon le mode choisi. Pour ce dernier tat, l'utilisateur peut

ce dconnecter directement comme il peut quitter le mode en restant connect, pour en choisir un

autre. Le tout est modlis par ce diagramme :

A partir de ces deux derniers diagrammes dtat/ transition, on peut dduire le diagramme dactivit

dcrivant les diffrents vnements possibles lors de la commande du robot.

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39

III. Mode de contrle du robot :

Mode de contrle du robot :

Description : lutilisateur choisit le mode de contrle distance.

Les Acteurs : Lutilisateur

Pr-conditions : Obligation lutilisateur de sauthentifier

Scnario nominal :

Suite lauthentification, lutilisateur accde au mode de contrle distance pour ensuite piloter le

robot via linterface de direction.

Une chane contenant la direction et la vitesse de mouvement choisi par lutilisateur est envoye du

package client vers la classe socket en utilisant la fonction recep(). En effet, cest la classe

socket qui assure le transfert de donnes entre les classes client et serveur . Cette chane sera

ensuite traite par la classe action qui lenvoie dabord la classe Lecture Clavier pour

diviser la chane en 2 parties, une partie contenant la direction (en utilisant la fonction ordre() et

retourne une chaine c contenant seulement la direction) et une partie contenant la vitesse du

mouvement (en utilisant la fonction param() qui retourne une chaine p contenant la

vitesse). Ces 2 chanes seront ensuite transmises la classe mouvement qui, selon les valeurs des

chanes, se connecte la carte K8055D et active les sorties appropries chaque mouvement

comme le dcrit ce diagramme suivant:

Ce mode offre galement la possibilit dafficher le circuit parcouru par le robot une fois arrt.

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40

Afficher le schma du circuit emprunt :

Description : lutilisateur choisit dafficher le chemin que le robot vient de parcourir.

Les Acteurs : Lutilisateur

Pr-conditions :

Lutilisateur doit sauthentifier

Le robot doit tre en tat darrt et avoir fait au moins un mouvement.

Scnario nominal :

Aprs la commande du robot, lutilisateur clique sur arrter robot , pour pouvoir afficher la

trajectoire parcourue et ce en cliquant sur le bouton afficher chemin . Une nouvelle interface

souvre et affiche la trajectoire.

Ce diagramme dcrit linteraction entre les diffrentes classes du package affichage du

chemin .

La classe principale main est celle qui interagit avec toutes les autres classes : Elle envoie dabord

la chane reue de lutilisateur (qui contient la direction et la vitesse dun mouvement donn) la

classe lecture clavier , qui va en extraire la direction et la retourner main , cette dernire la

transmet vers la classe chemin pour lajouter un tableau qui va englober, aprs la mise en arrt

du robot, toutes les trajectoires suivies. Ainsi une reprsentation des dplacements est gnre partir

de ce tableau, par la classe canvas , et affich ensuite sur linterface.

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IV. Mode autonome : Excuter un circuit prenregistr :

Excuter circuit enregistr :

Description : lutilisateur donne lordre au robot dexcuter un circuit parmi les circuits dj

enregistrs.

Les Acteurs : Lutilisateur

Pr-conditions :

Lutilisateur doit sauthentifier

Il doit y avoir au moins un circuit enregistr

Scnario nominal :

Lutilisateur clique sur le bouton importer un chemin , une liste contenant les circuits

enregistrs dans la base de donnes saffiche, selon le choix de lutilisateur, le robot excute

lensemble des dplacements y affrents.

Cette liste des circuits est en effet cre par le serveur qui accde la base de donnes, il la

transfre linterface charge de son affichage lutilisateur. La dcomposition du circuit

choisi par lutilisateur en un ensemble de mouvements ainsi que lexcution successive de ces

mouvements est assure par le centre de commande du robot, ainsi expliqu par le diagramme

de squence suivant :

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42

V. Diagramme des classes :

A partir de tous les scnarios dcrits dans les diagrammes des squences, on peut merger le

diagramme de classes technique suivant :

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43

- La classe client contient une fonction main qui sera activ au clic de lutilisateur sur un bouton

de linterface du contrle. Cette fonction a pour rle denvoyer lordre de mouvement par

lutilisateur (sous forme de chaine) vers le serveur, via socket.

- La classe sock reoit la chane envoye par Client et la transmet vers le serveur.

- La classe serveur reoit la chane par socket et la transmet vers la partie ddie au mouvement.

- La classe lecture clavier transforme la chane contenant lordre du mouvement en 2 sous

chanes, une premire qui contient la direction du mouvement (avancer, reculer, tourner

droite) et une deuxime qui va contenir la vitesse du mouvement.

- La classe action va tre lintermdiaire entre les classes lecture clavier et mouvement.

- La classe mouvement reoit les deux sous chanes retournes par lecture clavier selon

lesquelles elle va activer les sorties de la carte.

- K8055D est la carte qui sont lis les moteurs du mouvement.

- La classe affichage contient la fonction main qui sera active quand l'utilisateur demande

d'afficher le chemin parcouru par le robot. Cette fonction rcupre de la classe Lecture Clavier

la partie de la chane de l'ordre de mouvement contenant la direction, puis l'envoie la classe

chemin, o elle sera ajout au chemin parcouru. Cette classe reoit aussi le dessin du circuit de

la classe Canvas pour l'afficher sur l'interface.

- La classe chemin contient un tableau o on sauvegarde successivement les mouvements

effectus par le robot, qui constituent le chemin parcouru.

- La classe canvas rcupre le chemin parcouru (le tableau) de la classe chemin une fois le

robot stopp par l'utilisateur. Elle contient une fonction paint qui, partir du tableau, gnre le

dessin du circuit parcouru par le robot. C'est ce dessin qui sera affich l'utilisateur.

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44

VI. Elaboration de la base de donnes :

1) Besoins : L'utilit majeure de notre base de donnes est qu'elle permet d'ajouter plus de fonctionnalits au

robot, ainsi que donner plus de dtails sur les vidos et les images captures par le robot.

En effet le principal atout de la base de donnes est l'enregistrement du chemin contenant

l'ensemble des dplacements parcourus par le robot.

2) Liste des donnes : Nous avons trois entits videntes que sont :

Contenu_media

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45

Chemin

Authentification

Dont les informations contenues dans ces entits sont :

Contenu_media Chemin Authentification

-Id_media

-Libelle

-Type

-Taille

-Dure

-Id_chemin

-circuit

-id_auth

-login

-password

3) Dictionnaire des donnes :

Lutilisation de Analyse SI nous a permis de construire le dictionnaire de donnes.

4) Schma logique des donnes : Voici le schma relationnel rsultant

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46

5) Modle relationnel : Lapplication des rgles de passage du schma relationnel au modle relationnel nous dextraire les

tables suivantes :

contenu_media (id_media, libelle, type, taille, duree) chemin (id_chemin, circuit) authentification(id_auth,login,password)

Les attributs souligns dsignent les cls primaires de la table.

VII. Conclusion :

Au cours de ce chapitre nous avons abord la conception de lapplication en essayant de dtailler la

dmarche qui sera suivie pour la ralisation de cette partie. Vu la complexit de cette tche, nous

avons eu recours au formalisme UML. Cette tape est de nature claircir le rsultat final, ce qui

facilitera la tche de ralisation, objet du chapitre suivant.

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47

Chapitre III : Phase de ralisation

I. Introduction

Aprs avoir spcifi les diffrents besoins, modlis les diffrentes parties qui constituent le volet relatif au contrle du robot et expliqu le principe de transmission des donnes, nous passons

prsent la phase de ralisation. Nous prsentons dans une premire partie lenvironnement du

travail, pour ensuite expliciter la dmarche suivre pour crer la base de donnes et configurer un

rseau Ad-hoc. Pour finir, nous allons prsenter des aperus du fonctionnement des deux modes de

commande.

II. Environnement logiciel

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48

1) Rational Rose

Rational Rose est un AGL compos dun ensemble doutils pour

assister le concepteur durant les phases danalyse, de conception

et de construction du logiciel. Il se base sur le formalisme UML.

2) NetBeans NetBeans est un environnement de dveloppement intgr open

source dit par Sun. NetBeans permet de supporter plusieurs

langages (C++, Java, PHP, ) grce aux plugins quil intgre.

NetBeans est un logiciel multiplateforme et comprend les

caractristiques dun IDE moderne. [wikipdia]

3) PostgreSQL

PostgreSQL est un systme de gestion de base de

donnes relationnelle et objet (SGBDRO). C'est un outil

libre disponible selon les termes d'une licence de type

BSD.

Ce systme est concurrent d'autres systmes de gestion de

base de donnes, qu'ils soient libres (comme MySQL et

Firebird), ou propritaires (comme Oracle, Sybase, DB2

et Microsoft SQL Server). Comme les projets libres Apache et Linux, PostgreSQL n'est pas

contrl par une seule entreprise, mais est fond sur une communaut mondiale de dveloppeurs et

d'entreprises. [Wikipdia]

[Tapez un texte]

49

4) Qt Jambi Qt Jambi est un framework Java permettant de crer

des applications riches bases sur la bibliothque

logicielle Qt. C'est la seule version de Qt utilisant un

autre langage de programmation que le C++ support

officiellement par Qt Software.Mme si Qt Jambi utilise

Java Native Interface (JNI) pour faire des appels la

bibliothque Qt C++, rien n'est prvu dans l'interface de

programmation pour qu'une application Qt Jambi puisse s'interfacer avec une application Qt C++.

[Wikipdia]

5) La mise en place dune connexion rseau Ad-hoc

a) Prsentation du rseau WiFi Ad-Hoc

Possdant deux ordinateurs quips dadaptateurs sans fil (cartes Wifi), et afin dassurer la

communication entre le PC1 reli au robot et le PC2 contenant lapplication. On a opt pour la mise

en place dun rseau Ad Hoc cest--dire gal gal qui ne ncessite pas lutilisation dun point

daccs.

b) Configuration du rseau Ad-Hoc

Afin de mettre en place le rseau Ad-Hoc il faut aller au Panneau de configuration pour

ensuite ouvrir le Centre Rseau et partage o on trouve loption Configurer une connexion ou

un rseau (voir limage ci-dessous).

Parmi les options de la liste qui va safficher, on choisit llment Mettre en place un rseau sans fil

ad hoc (ordinateur ordinateur) rseau (voir limage ci-dessous).

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Sur lcran suivant on dfinit un nom de rseau et un mot de passe, il est galement possible

denregistrer le rseau en cochant la case Enregistrer ce rseau

Le rseau configur, la connexion peut tre trouve dans les rseaux sans fil de la fentre.

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6) La cration et la connexion la base de donnes

c) Cration

Pour permettre une sauvegarde des donnes saisie par lutilisateur de lapplication Une base de

donnes doit tre cree, le systme de gestion de bases de donnes relationnelle PostgreSQL permet

la cration des diffrentes tables de la base de donnes.

Interface graphique PostgreSQL

Une fois les tables sont cres et la base est prte tre remplie, et pour quon puisse insrer,

modifier et mettre jour des donnes via lapplication, il est ncessaire de faire linterfaage entre

lIDE en loccurrence NetBeans et le SGBD donc PostgreSQL.

d) Prsentation de JDBC

L'API JDBC a t dveloppe pour permettre un programme de se connecter n'importe quelle

base de donnes en utilisant la mme syntaxe, c'est--dire que l'API JDBC est indpendante du

SGBD.

De plus, JDBC bnficie des avantages de Java, dont la portabilit du code, ce qui le rend

indpendant de la base de donnes et de la plate-forme sur laquelle il s'excute.

e) Laccs la base de donnes avec JDBC

Une application Java est intimement lie avec une base de donnes. A cet effet, il faut bien

videmment disposer, pour la base de donnes concerne, d'un pilote JDBC adquat, dans le cas de

PostgeSQL on doit charger le driver org.postgresql.Driver . Les instructions SQL sont

directement envoyes la base, qui son tour renvoie les rsultats par un biais tout aussi direct. La

base de donnes peut tre excute sur la machine locale (celle sur laquelle l'application Java

fonctionne) ou bien sur un ordinateur du rseau (Intranet ou Internet).

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Schma explicatif de la connexion avec diffrents SGBD

f) Connexion

Suite la cration de la base sous PostgreSQL, il est ncessaire dtablir la connexion de la base de

donne avec java, le principe est analogue linstallation dune imprimante qui ncessite un driver,

de mme Netbeans utilise un driver pour se connecter la base de donnes. La connexion une

base de donnes avec Java, ncessite un fichier .jar qui correspond au pilote permettant la

connexion.

Intgration de lODBC sur NetBeans

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Enfin JDBC met notre disposition un ensemble de classes qui nous permettent de nous connecter,

manipuler et nous dconnecter de la base de donnes.

III. De lmission de lordre la carte :

Nous allons prsent expliquer, travers un exemple, le fonctionnement du robot en mode

contrle distance . Nous allons prendre lexemple o lutilisateur envoie au robot lordre

davancer.

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Linterface de commande affiche que lutilisateur donn lordre au robot davancer avec une

vitesse quantifie 76 (cette valeur est fixe selon la position du slider haut). Cet ordre est transmis

de linterface vers la classe client du code de contrle, sous forme dune chane comme indiqu sur

les lignes ci-dessous :

Lordre est transmis au serveur de contrle par socket. Le serveur le transmet son tour vers une

classe action o il sera trait et envoy vers la carte de contrle.

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Lordre qui inclut la fois la direction et la vitesse du mouvement est contenu dans une seule

chane. Cette chane est donc transmise une classe LectureClavier, qui contient une fonction ordre

qui extrait la direction de la chane de lordre, et une fonction param qui en extrait la vitesse.

Ltape suivante consiste appeler une fonction de la classe mouvement, la fonction appeler

dpend de la direction du mouvement indique par lutilisateur (cest l o le rsultat de la fonction

ordre trouve son utilit), tout en passant en paramtre la vitesse de lordre galement (retourn par

la fonction param).

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Les sorties numriques de la carte K8055D permettent, dans notre cas, de contrler le sens de la

rotation des moteurs. Quant aux sorties analogiques, elles contrlent la vitesse de rotation des

moteurs. Les deux moteurs menant les deux roues doivent tourner une mme vitesse pour que le

robot avance tout droit.

Activation

des sorties

PWM, en

rponse

lordre de

mouvement

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IV. Afficher le chemin :

Linterface de contrle offre galement la possibilit dafficher le chemin parcouru par le robot

pendant la session de commande. En effet, chaque fois o lutilisateur envoie un ordre de

mouvement, la direction ainsi que la vitesse de ce mouvement (spars par les fonctions de la classe

Lecture Clavier) seront stocks dans un tableau statique contenu dans une classe Chemin.

Ce tableau sera utilis par la classe Canvas pour dessiner le chemin parcouru.

Ce dessin sera enfin affich lcran :

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V. Conclusion :

Cette partie nous a permis de raliser la commande distance du robot via une connexion

sans fil. Une commande qui se prsente selon plusieurs modes en fonction du choix de lutilisateur.

Aussi nous avons expliqu comment transmettre les donnes entre deux pc par lintermdiaire des

sockets, ce volet sera aussi prsent dans la deuxime partie de notre projet, rserve laspect

imagerie.

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Partie III :

Tlsurveillance et vision

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Chapitre I Analyse Fonctionnelle

I. Introduction :

Notre projet fait appel deux grandes branches de l'informatique qui sont les systmes embarqus

d'une part et l'imagerie numrique d'une autre. Afin de rduire la complexit, engendre par la

difficult coordonner entre ces deux aspects, nous avons dcompos notre projet en deux modules,

l'un traitant l'aspect dveloppement base de dll et l'autre concernant le traitement de l'image et le

streaming vido. La communication entre le centre de commande et le robot est assure grce au

module de la programmation rseau. Ceci fait de la partie consacre la programmation rseau un

module fondamental de notre projet, grce auquel nous parvenons assurer une communication en

temps rel entre Safety-Bot et le PC central sur lequel application est excute. Au dbut du

projet, nous avons prvu lachat dune carte lectronique de dveloppement qui supporte une

connexion wifi. Cette carte tant base sur un systme dexploitation type linux embarqu, nous

avions entam la phase de documentation en matire de programmation rseau en langage C.

Mais pour plusieurs raisons nous navons pas pu nous procurer cette carte ainsi nous avons opter

pour que Safety-Bot soit menu dun PC au lieu de la carte ce qui nous viter de programmer

en C. Nous tions donc dans lobligation de reprendre la phase de documentation de nouveau.

Lide tait dassurer une connexion entre un client Java et un serveur MATLAB via des sockets

pour dclencher la dtection de mouvement puis entre un client java et un serveur Java afin de

transmettre le flux vido en streaming via le protocole RTP. En ce qui concerne la dtection de

mouvement, nous nous sommes trouvs face plusieurs choix techniques, il tait possible de

programmer soit en Java soit sous Matlab, finalement le deuxime choix tait retenu ceci nous

permet denrichir nos connaissances par la maitrise du langage le plus utilis dans le domaine du

traitement dimages. Egalement, nous avons choisi la technique de dtection de mouvement qui

rpond mieux nos besoins et qui offre des performances respectables. Ensuite, un mode de

commande autonome est ajout notre robot pour renforcer davantage ses capacits. Ce mode est

dvelopp aussi sous Matlab et il se base sur des algorithmes de traitements dimages utiliss pour

dtecter les obstacles.

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II. Diagrammes de cas dutilisation :

On entame la partie dexpression de besoin. Pour cela, nous allons reprsenter le diagramme de cas

dutilisations dans lequel nous spcifions les besoins de ce projet. Or dans notre systme, nous

avons quun seul acteur qui va tre responsable du contrle du robot.

Ci-suit les cas dutilisations de cette application. Elle prsente les diffrentes options mises

disposition de lutilisateur.

Description des cas dutilisation :

Dclencher la dtection :

Description : Lutilisateur donne lordre au systme de dclencher la dtection automatique pour

mettre lalgorithme en marche et pour dtecter un mouvement.

Les Acteurs : Utilisateur.

Pr-condition : Obligation lutilisateur de sauthentifier.

Scnario nominal : Lutilisateur donne lordre au Robot douvrir sa camra et de dclencher la

dtection qui compare chaque image reue avec limage de fond, si la diffrence obtenue dpasse

un seuil prdfini alors il dtecte un mouvement et commence lenregistrer.

s'authentifier

Dclencher la dtection

Enregistrer vido

Visualiser Vido

Importer donnes

Dtecter obstacle

Utilisateur

Dmarrer la tlsurveillance

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Dmarrer lenregistrement vido :

Description : Lutilisateur donne lordre au systme, partir de linterface de commande, de

dmarrer un enregistrement vido.

Les Acteurs : Utilisateur.

Pr-condition : Lutilisateur doit sauthentifier.

Scnario nominal : Lutilisateur demande au systme de dmarrer un enregistrement vido. Le robot

ouvre sa camra et commence lenregistrement dans un laps de temps bien dtermin.

Visualiser Vido :

Description : Lutilisateur demande au systme de visualiser une vido donne partir de linterface

de dtection.

Les Acteurs : Utilisateur.

Pr-condition : Il faut que lutilisateur soit authentifi.

Scnario nominal : Lutilisateur une fois authentifi demande au systme de visualiser les

vidos(lire, arrter ) travers un lecteur implment dans linterface de dtection.

Importer des donnes :

Description : Lutilisateur demande au systme dimporter les donnes. Ces donnes sont des flux

vido qui seront visualiss ensuite sur le terminal de lutilisateur.

Les Acteurs : Utilisateur.

Pr-condition : Il faut que lutilisateur soit authentifi.

Scnario nominal : Lutilisateur, aprs avoir dclench la dtection de mouvement ou enregistr une

vido, demande au systme dimporter cette vido pour pouvoir la visualiser.

Dtecter obstacle :

Description : Lutilisateur demande au systme de dtecter un obstacle via son interface de

commande.

Les Acteurs : Utilisateur.

Pr-condition : Il faut que lutilisateur soit authentifi.

Scnario nominal : Lutilisateur demande au systme, aprs avoir activ le mode autonome, de

dtecter les obstacles qui peuvent bloquer le robot pendant son mouvement.

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Dmarrer la tlsurveillance :

Description : lutilisateur demande au systme de dmarrer la tlsurveillance pour pouvoir contrler

les mouvements du robot.

Les Acteurs : Utilisateur.

Pr-condition : Il faut que lutilisateur soit authentifi.

Scnario nominal : Lutilisateur va demander au systme de dmarrer la tlsurveillance. Cette tche

consiste dmarrer la camra du robot et envoyer le flux vido captur vers lutilisateur pour quil

puisse commander le robot.

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Chapitre II : Conception

I. Introduction :

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II. Diagrammes de squences :

Ci-dessous la conception des traitements du processus dimportation des donnes, schmatise

travers un diagramme de squences :

En un premier temps, l'utilisateur doit s'authentifier sur de connexion. Cette interface va transfrer

ces donnes au systme pour la vrification de validit. Un principe similaire est adopt quand

l'utilisateur demande dimporter les vidos enregistres sur le robot : La demande est manifeste

par un appui sur un bouton de l'interface, qui transmet cette demande au systme et c'est ce dernier

qui va transfrer les vidos disponibles.

: Utilisateur:interface systme

1: s'authentifier2: transfert login mot de passe

3: verification

4: Donnes valide [login e