Fiche de cours

La robotique et les systèmes embarqués

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Fiche de cours
Quiz et exercices
Vidéos et podcasts

Objectifs

► Prérequis
• S’approprier un cahier des charges
• Connaitre les étapes d’une démarche de projet et les solutions techniques choisies
• Repérer et comprendre la communication et la gestion de l’information
• Expliquer comment un objet programmable fonctionne de façon simple

► Attendus
• Imaginer, concevoir et programmer des applications nomades
• Observer et décrire le comportement d’un robot ou d’un système embarqué et les éléments de sa programmation
• Agencer un robot (capteurs, actionneurs) pour répondre à une activité et à un programme donnés

1. SAVOIR - Définition

L’automate est un ensemble d'équipements mécaniques et électriques qui commande un système automatisé, tel qu'un portail automatique par exemple. Un automate est donc une machine qui fonctionne de façon répétitive selon un programme bien défini sans tenir compte de son environnement.

Un robot agit également selon un programme donné. Cependant, le robot est capable de prendre en compte des données collectées dans son environnement par les différents capteurs dont il est équipé.

Un système embarqué est un système technique de taille réduite, présent dans certains objets techniques, et qui se compose d’éléments électroniques et informatiques. Selon un programme informatique établi, le système embarqué gère l’ensemble des informations nécessaires à la réalisation d’une fonction technique bien précise spécifiée dans un cahier des charges.

La programmation informatique est la caractéristique commune d’un automate, d’un robot et d’un système embarqué.

Exemple :
Certaines voitures ont un système embarqué innovant, avec un programme informatique qui permet de détecter très rapidement la fatigue du conducteur (et donc d’éviter des accidents), à partir des informations reçues sur les trajectoires réalisées par le véhicule.

2. SAVOIR-FAIRE

► Imaginer, concevoir et programmer des applications nomades

Exemple :
Le développement d’une application de pilotage d’un système d’arrosage depuis un smartphone comprend les tâches suivantes.

Analyser le fonctionnement des chaines d’information et d’énergie du système d’arrosage.
Définir un protocole de communication adéquate entre le smartphone et ces chaines d’information et d’énergie.
Penser à un algorithme qui pourra préciser les conditions (jour, heure, ensoleillement, humidité, etc.) dans lesquelles l’arrosage peut être activé depuis le smartphone.
Définir les instructions du programme.

► Observer et décrire le comportement d’un robot ou d’un système embarqué et les éléments de sa programmation

Exemple : Le déplacement d’un objet technique avec un robot comprend les deux étapes suivantes.

Étape 1 : Observation et description du robot.

Connaissance des différents composants du robot (partie commande et partie opérative).
Apprentissage du langage de programmation spécifique au robot.
Réalisation d’essais de modes de déplacement pour une bonne prise en main avec des instructions très simples, comme aller tout droit ou encore tourner de 30 degrés.

Étape 2 : Écriture d’un programme.

Mise en œuvre des éléments de programmation suivants.
- Trajectoires attendues.
- Enchainements de mouvements : avancer, reculer, tourner.
- Gestion des capteurs.
- Traitement du signal.
Simulation, correction et optimisation du programme.

► Agencer un robot (capteurs, actionneurs) pour répondre à une activité et à un programme donnés

Exemple :
Pour mesurer des distances et éviter des obstacles, il existe deux principaux types de capteurs qui peuvent être installés sur un robot.

Les capteurs de distance à ultrasons (mesure d’une distance).
Les capteurs de distance infrarouges (mesure d’un angle).

Le choix de la technologie dépend de l’activité à réaliser et ainsi de l’environnement dans lequel le robot doit évoluer. Ainsi, un capteur infrarouge convient mieux pour réaliser des déplacements dans un environnement avec très peu de place.

3. À RETENIR - Glossaire

Système embarqué : Système technique de taille réduite, dont sont équipés certains objets techniques, et qui se compose d’éléments électroniques et informatiques. Selon un programme informatique donné, il gère l’ensemble des informations nécessaires à la réalisation d’une fonction technique bien précise.

Application nomade : Logiciel informatique qui peut être exécuté depuis un appareil électronique pour communiquer avec un ou plusieurs objets connectés.

Objet connecté : Objet électronique connecté sans fil, qui permet de partager des données avec un appareil électronique (notamment un ordinateur, une tablette électronique et un smartphone).

Robot : Machine capable d’effectuer de manière autonome des tâches qui ont été programmées.

Robotique : Activité consacrée à la conception, à la fabrication et à l'intégration de robots.

Algorithme : Suite ordonnée d’opérations élémentaires qui mène à un résultat souhaité et qui permet de résoudre un problème. Un algorithme représente la structure de base d’un programme informatique.

Programme : Suite ordonnée d’instructions et de commandes, écrites dans un langage donné, qui permet la réalisation de plusieurs tâches. Un programme représente la traduction informatique d’un algorithme dans le langage de programmation informatique choisi.

Capteur : Instrument qui est utilisé pour acquérir des informations de nature analogique et qui permet de mesurer une grandeur physique.

Actionneur : Équipement qui produit un phénomène physique à partir de l’énergie qu’il reçoit. C’est le cas d’un moteur qui génère un mouvement à partir d’un courant électrique.

Interface : Ensemble d’éléments matériels (composants électroniques, électriques, pneumatiques et mécaniques) ou virtuels (programmes) qui permettent l’échange d’informations entre les chaines d’énergie et d’information d’un objet technique

Automate : Ensemble d'équipements mécaniques et électriques qui commande un système automatisé tel qu'un portail automatique.

Système automatique : Objet technique dont la chaine d’énergie est pilotée par la chaine d’informations et qui effectue un travail de façon autonome.

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