INTRODUCTION 2
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Description

DESS, Supérieur, DESS
  • rapport de stage - matière potentielle : atome
Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003 Rapport de stage Atome 1 INTRODUCTION 2 1 – PRÉSENTATION 3 1.1 - LE LABORATOIRE VALORIA 3 1.2 - LE PROJET MAAM 3 1.2.1 – LES AUTRES LABORATOIRES PARTICIPANT AU PROJET MAAM 4 1.2.2 – APERÇU DE PROJETS SIMILAIRES 5 1.2.3 – LES PARTICULARITÉS DU PROJET MAAM 7 1.3 LE STAGE 7 1.3 LE STAGE 8 2 - ALIGNEMENT 9 2.1 – ETUDE PRÉCÉDENTE 9 2.1.1 - CHOIX DES COMPOSANTS 9 2.1.2 - TEST 9 2.1.3 - ALGORITHME DE RECHERCHE 10 2.2 – ETUDE RÉALISÉE 11 2.2.1 – MANIPULATIONS 11 2.2.2 - MESURES 12 2.2.2.1 - Protocole de mesure 12 2.2.2.2 – Comparaison 12 2.2.2.3 – Influence de la lumière naturelle
  • laboratoire d'electronique des systèmes temps
  • conception de l'atome
  • choix des composants
  • cadre de la conception de module
  • service robotique
  • algorithme de recherche
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  • modules
  • module
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  • projet
  • système
  • systèmes

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Exrait

Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
INTRODUCTION 2
1 – PRÉSENTATION 3
1.1 - LE LABORATOIRE VALORIA 3
1.2 - LE PROJET MAAM 3
1.2.1 – LES AUTRES LABORATOIRES PARTICIPANT AU PROJET MAAM 4
1.2.2 – APERÇU DE PROJETS SIMILAIRES 5
1.2.3 – LES PARTICULARITÉS DU PROJET MAAM 7
1.3 LE STAGE 7 8
2 - ALIGNEMENT 9
2.1 – ETUDE PRÉCÉDENTE 9
2.1.1 - CHOIX DES COMPOSANTS 9
2.1.2 - TEST 9
2.1.3 - ALGORITHME DE RECHERCHE 10
2.2 – ETUDE RÉALISÉE 11
2.2.1 – MANIPULATIONS 11
2.2.2 - MESURES 12
2.2.2.1 - Protocole de mesure 12
2.2.2.2 – Comparaison 12
2.2.2.3 – Influence de la lumière naturelle 13
2.2.2.4 - Détectabilité 14
3 - UN SYSTÈME D’ACCROCHE 16
3.1 – EBAUCHE DE SPÉCIFICATIONS 16
3.2 – PREMIÈRE RECHERCHE DE SOLUTIONS 16
3.2.1 – PREMIÈRE VERSION 16
3.2.2 - MODIFICATION DU SYSTÈME DE VERROUILLAGE 17
3.2.3 - RÉSOLUTION DU PROBLÈME DE DÉSENGAGEMENT 18
4 - CONCEPTION DE L’ATOME 19
4.1 – CHOIX TECHNIQUES 19
4.1.1 – CHOIX DU MATÉRIAU 19
4.1.2 – CHOIX DE LA FORME 19
4.2 – RÉALISATION 20
4.2.1 – LA PATTE 20
4.2.1.1 – Réalisation existante 20
4.2.1.2 – Nouvelle solution 21
4.2.2 – CONSTRUCTION D’UN CUBE 22
4.2.3 – INTÉGRATION DES PATTES SUR LE CUBE 23
4.2.3 – RÉALISATION 25
CONCLUSION 26
WEBOGRAPHIE 27
Rapport de stage Atome 1Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
ANNEXES 28
Introduction
Dans le cadre de la dernière année de mon cursus scolaire, j’ai effectué un stage en
qualité d’ingénieur de recherche au sein du laboratoire VALORIA de l’Université de
Bretagne Sud.
Ce stage portait sur la conception d’un atome robotique dans le cadre du projet
MAAM.
Nous verrons d’abord le contexte dans lequel le stage s’est déroulé. Puis deux
courtes études préliminaires concernant l’alignement à l’aide d’infrarouge et un
système de connexion entre deux atomes. Puis le but principal de ce stage, la
conception de l’atome proprement dit, sera détaillée.
Rapport de stage Atome 2Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
1 – Présentation
1.1 - Le laboratoire VALORIA
Derrière le sigle VALORIA, se trouve le laboratoire de recherche en informatique
et ses applications de Vannes et Lorient. Ce laboratoire « développe des
recherches visant la communication simplifiée entre l'homme et la machine, la
maîtrise du développement de logiciels, la construction d'applications réparties
1coopérantes. » .
Le VALORIA s’articule autour de deux équipes de recherche.
L’équipe Equipage dont le but est de rendre plus naturelles et plus efficaces les
interactions de l’homme avec la machine.
L’équipe Composants qu’en à elle a pour objectif de développé l’utilisation de
composants informatique en les rendant fiable et adaptable. Dans cette optique,
elle « travaille dans quatre directions privilégiées : la conception de composant de
confiance, le développement de composant dans le contexte de systèmes
répartis, ouverts et hétérogènes, la gestion des aspects d'évolution des logiciels
et, enfin, les composants robotiques comme terrain d'expérimentation
1d'assemblage de composants et des architectures réflexives adaptables. »
C’est dans ce dernier point que se positionne le projet de recherche MAAM du
responsable de ce stage, M. Dominique Duhaut.
1.2 - Le projet MAAM
Depuis quelques années, une nouvelle voie se dessine dans la recherche
robotique dont l’idée principale est d’abandonner les systèmes complexes. Outre
leur difficulté de mise au point, la panne d’un élément peut entraîner la perte du
système dans son ensemble. Cette nouvelle voie a entre autre pour nom : les
systèmes multiagents. Dans cette configuration, un système robotique est
composé de plusieurs dispositifs qui par leur collaboration pourront exécuter la
même tâche qu’un système monolithique beaucoup plus complexe. De plus,
plusieurs études ont montré que les capacités de l’ensemble sont supérieures à
la somme des capacités des éléments. Par exemple, les insectes sociétaires tels
les fourmis prises séparément seront capables de se déplacer, de porté une
charge. Alors que la coopération entre les individus d’une fourmilière fera
apparaître des capacités d’exploration, d’optimisation de trajets…
Plusieurs projets de recherche en robotique sont encours sur ce sujet.

1 Extrait du site Internet : http://www.univ-ubs.fr/valoria/
Rapport de stage Atome 3Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
1.2.1 – Les autres laboratoires participant au projet MAAM
Laboratoire de Robotique de Paris (LRP)
Université Pierre & Marie CURIE – CNRS
Contact : P. Bidaud
2Activités : La recherche développée par le LRP est centrée sur la conception
et la commande des systèmes robotiques et micro-robotiques. Le
LRP regroupe des chercheurs en Mécanique, Automatismes et
Informatique dont les activités sont structurées selon trois axes
principaux : les systèmes de chirurgie mini-invasive robotisées, la
micro-nano télé-manipulation, les systèmes de locomotion et d'aide
à la navigation.
Laboratoire d’Electronique des Systèmes Temps Réels (LESTER)
Université de Bretagne Sud
Contact : J.L. Philippe
3Activités : Compétences dans le domaine de la conception de circuits et de
systèmes électroniques dédiés et des capteurs intégrés.
Les thèmes de recherche abordés dans le laboratoire concernent
l'électronique temps réel pour le traitement de l'information et pour
la mise en oeuvre de l'informatique industrielle. Les méthodes
développées sont intégrées dans une plate-forme logicielle pour la
conception de haut niveau.
Groupe de recherche en informatique, image et instrumentation de Caen
(GREYC)
Université de Caen – CNRS
Contact : S. Stinkwich
Activités : ALGORITHMIQUE : Modèles de calcul et complexité, Algorithmes
combinatoires, Algorithmique et sécurité de l'information
INFORMATION, INTELLIGENCE, INTERACTION : Langage
naturel et dialogue, Systèmes Multi-Agents, Document
électronique composite
IMAGE : Atelier d'intégration de connaissances, Modèles et
algorithmes numériques ( Modèles algorithmiques pour le
Traitement d'images, Détection et Contrôle en Reconnaissance
de Formes), Applications (Visualisation pour l'interaction
homme-machine)
INSTRUMENTATION : Magnétométrie, Dispositifs
semiconducteurs et hybrides et Bolométrie. Deux axes
transverses : Microtechnologie et Modélisation

2 Extrait du site Internet : http://www.upmc.fr/FR/info/263/010206
3 : http://www.univ-ubs.fr
Rapport de stage Atome 4Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
Laboratoire d’Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST)
CEA Fontenay
Contact : P. Gravez
Activités : Le Service Robotique et Systèmes Interactifs du LIST travaille sur
les robots, la téléopération, les interfaces homme-machine et la
réalité virtuelle sur des applications dans les domaines nucléaire,
offshore ou médicale
Laboratoire d’Informatique de Paris 6 (LIP6)
Université Pierre & Marie CURIE – CNRS
Contact : A. Drogoul
4Activités : Les activités du LIP6 couvrent un large spectre qui part de la
micro-électronique pour aboutir à des systèmes complexes à forte
valeur ajoutée, en passant par tous les composants de la chaîne
informatique : réseaux, systèmes répartis, langages et preuves,
simulation et programmation réparties, calcul numérique et calcul
formel, logiciels de la recherche d'information et d'aide à la
décision, méthodes formelles et preuves, sociétés de robots ou vie
artificielle. (… )
1.2.2 – Aperçu de projets similaires
Le plus simple est de classer ces projets en fonctions des libertés de leur
module. Cette présentation n’est pas exhaustive, elle à juste pour ambition de
donner un aperçu de ce qu’il est possible de faire dans le cadre de la
conception de module.
5Une rotation : Le module polyBot , Modular robotics project, PARC
Figure 1 :module PolyBot
Le module de ce projet possède deux faces identiques qui permettent de
solidariser deux modules. La rotation possible est perpendiculaire à la
direction de connexion. Les modules sont solidarisés mécaniquement.

4 Extrait du site Internet : http://www.upmc.fr/FR/info/251/010206
5 Pour plus de détails, voir Webographie
Rapport de stage Atome 5Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
Deux rotations : deux projets différents
Figure 2 : module du projet de M-TRAN
6Le projet de E.Yoshida est un des plus abouti. Il possède deux rotations
parallèles et six faces de connexion. Ici, ce sont des aimants permanents qui
permettent de fixer un module sur un autre.
Figure 3 : module du projet de Conro
7Ce deuxième projet possède des rotations perpendiculaires et chaque
module possède trois faces males et une femelle.
8Translation :Le module Telecube , Modular robotics project, PARC
Figure 4 : module Telecube
La réalisation présentée figure 4 possède six faces identiques. Chaque face
possède une course en translation de direction parallèle à la direction de
connexion.

6 Pour plus de détails, voir webographie
7
8
Rapport de stage Atome 6Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
1.2.3 – Les particularités du projet MAAM
Plusieurs des projets évoqués précédemment en sont à un stade avancé et
permettent de réaliser des reconfigurations dynamiques. Les démonstrations
du projet de E. Yoshida sont particulièrement impressionnantes. Cependant
tous les projets existants ont un handicap non négligeable, un module isolé
est incapable de se déplacer. Dans ces projets, les expériences partent d’une
structure de modules assemblée à l’avance.
L’ambition du projet MAAM est de concevoir un module ou atome autonome,
qui sera capable de chercher ses semblables, de s’en approcher et de se
connecter à eux.
Les origines du mot atome viennent de l’antiquité. Il désignait le composant
fondamental de la matière. Puis avec les progrès de la science, il a été défini
plus précisément. Mais surtout sa modélisation très ludique, permet de
visualiser dans l’espace la structure de la matière. L’idée du projet MAAM
vient de la question suivante : « Pourquoi ne pas suivre le même modèle que
la nature ? ». Concevoir un atome dans le domaine de la robotique ayant des
capacités de combinaisons similaires à l’atome décrit par les sciences
physiques. Et ainsi, élaborer des structures aussi nombreuses et variées que
celle de la matière.
Figure 6 : exemple de structure à base
d’atome, un hexapode
Figure 5 : simulation de l’atome
Rapport de stage Atome 7Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
1.3 Le stage
Le projet MAAM peut être résumé sous forme stratifiée.
Comportement coopératif Comportement réactif
Niveau 4 :comportement
Langage de programmation reconfigurable Niveau 3 :programme
Système répartit Niveau 2 : système
Architecture matériel Niveau 1 :électronique
Architecture mécanique Niveau 0 :mécanique
Figure 7 : vue d’ensemble du projet MAAM
Ce stage se situe au niveau 0 de la figure précédente. Cette couche constitue le support
physique du projet et devra permettre l’intégration des éléments du niveau 1 qui sera
développé en parallèle par un stagiaire de maîtrise GEII : Benoît Ranoux.
L’intitulé du stage comporte trois volets : la conception du corps de l’atome, l’étude la
faisabilité de l ’alignement de deux pattes par infrarouge et une réflexion sur un système
d’accrochage entre deux pattes.
Rapport de stage Atome 8Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
2 - Alignement
Il s’agit ici de valider la possibilité de réaliser le repérage et l’alignement de deux
pattes d’atome en vue d’une jonction.
L’idée est la suivante : chaque patte est munie d’un récepteur et d’un émetteur
dans le domaine des infrarouges. Les émetteurs fonctionnent en continu (pas de
codage du signal émis ). Le but est de réaliser l’alignement de deux pattes.
2.1 – Etude précédente
L’étude précédente a été réalisée sous la forme d’un projet du DESS
mécatronique, année 2001/2002, par Johan DAUCE. Ce projet avait plusieurs
objectifs : effectuer le choix et le test de composants de réception et d’émission
en infrarouge et élaborer d’un algorithme de recherche testé sur un dispositif
expérimental.
2.1.1 - Choix des composants
Parmi un panel de capteurs variés, le choix s’est porté sur la photodiode
9SEP8736-002 et le phototransistor SDP8436-003 , tous les deux fabriqués par
Honeywell. Ce choix à été motivé par plusieurs facteurs. Cependant, la sensibilité
au bruit à été déterminante et a écarté les composants à radiance large. De plus,
les deux éléments du couple choisi ont été conçus pour fonctionner de concert.
2.1.2 - Test
Les composants ont été testés en détection dans le plan à l’aide d’une table à
dessin comme présenté ci-après.
Figure 8 : configuration du test

9 voir annexe 3
Rapport de stage Atome 9Jean-Christophe GUYON DESS GEII mécatronique 2002/2003
Ce test a fournit les résultats suivants. Les distances sont en centimètre et les
mesures effectuées en volt. Cependant le rapport n’indique pas le montage
utilisé, ni les conditions (soleil, éclairage artificiel… ) dans lesquels ces mesures
ont été prises.
Figure 9 : résultats du test
2.1.3 - Algorithme de recherche
Cet algorithme est assez simple, l’émetteur est fixe et le récepteur parcourt tout
l’espace possible et s’arrête dés que la valeur mesurée est supérieure à un seuil.
Les résultats obtenus sont corrects cependant les conditions de cette expérience
ne sont pas représentatives de la réalité. En effet, quand deux atomes tentent de
se connecter, les deux pattes sont mobiles. Au départ, elles ne sont pas
forcément détectables l’une par l’autre car la zone accessible commune aux deux
pattes n’est pas forcément la totalité de l’espace accessible de l’une ou des deux
pattes.
Pour ces raisons, il faut élaborer un algorithme plus complexe qui intégrera les
conditions réelles de l’opération de détections.
Note : Le montage réalisé pour tester cet algorithme sera repris pour la suite.
C’est une structure à base de mécano sur laquelle sont fixés deux
10mécanismes similaires aux pattes d’atome.

10 Voir annexe 3
Rapport de stage Atome 10

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