Autonomous Boat

Projet réalisé dans le cadre de la 2ᵉ année à l’ENSTA Bretagne. ⚠️ Ce dépôt donne une idée générale du projet réalisé, mais il n’est pas parfaitement structuré ni documenté. Il s’agit d’un travail étudiant partagé à titre illustratif, conscient qu’il pourrait être mieux organisé. Vous pouvez voir notre rapport pour plus de détails.

Notes

Les données GPS sont automatiquement sauvegardées à la suite d'un fichier .txt avec mesure_gps(), il faut donc penser à le supprimer avant de vouloir faire une mesure propre.

grp16

Ce dossier est prêt à être envoyé sur n'importe quel bateau à condition d'avoir son fichier calib_xx.txt, le fichier à executer est consensus.py.

quoicouroblib.py

depart()

Attend qu'une accélération supérieure à 8 m/s² soit détectée sur l'axe x pour déclencher un départ.

• Input: Aucun
• Output: Aucun

---

attendre_exact_heure(heure, minute)

Attend jusqu'à atteindre une heure précise (heure et minute) et affiche un compte à rebours.

• Input:
  • heure (int): Heure souhaitée
  • minute (int): Minute souhaitée
• Output:
  • True lorsque l'heure est atteinte

---

sawtooth(x)

Permet de limiter la valeur de x entre -pi et pi.

• Input:
  • x (float)
• Output:
  • x (float)

---

mag()

Récupère les données du magnétomètre et les corrige à l'aide de matrices de calibration.

• Input: Aucun
• Output:
  • y (np.array) - Champ magnétique corrigé [x, y, z]

---

accel():

Calcule la valeur corrigée de l'accélération brute en utilisant les matrices de correction.

• Input: Aucun
• Output: y (np.array) - Accélération corrigée [x, y, z]

---

gyro():

Lit les données brutes du gyroscope.

• Input: Aucune
• Output: Retourne un tableau NumPy contenant les valeurs brutes du gyroscope dans les directions x, y et z.

---

angles_euler(acc, mag):

Calcule les angles d'Euler (Tangage, Roulis, Cap) à partir des données d'accélération et de magnétomètre.

• Input:
  • acc (np.array): Vecteur d'accélération corrigé [x, y, z]
  • mag (np.array): Vecteur de champ magnétique corrigé [x, y, z]
• Output:
  • angles (np.array): Angles d'Euler [Tangage, Roulis, Cap]

---

rotuv(u, v):

Retourne la rotation avec l'angle minimal tel que ( v = R \cdot u ).

• Input:
  • u : Vecteur 3D d'entrée
  • v : Vecteur 3D cible
• Output: Matrice de rotation ( R \in \mathbb{R}^{3 \times 3} )

---

scalarprod(u,v):

Fait un produit scalaire entre u et v

• Input:
  • u : Vecteur 3D
  • v : Vecteur 3D
• Output: Scalaire

---

adjoint(w):

Retourne l'Adjoint de w

• Input:
  • w: Scalaire ou matrice
• Output:
  • retourne une matrice (2,2) ou (3,3)

---

angles_euler_2(a1, y1, w1, g1_hat):

Calcule les angles d'Euler (tangage, roulis, cap) à partir des données d'accélération, de magnétomètre et de gyroscope.

• Input:
  • a1 : Vecteur accélération
  • y1 : Vecteur magnétomètre
  • w1 : Vecteur gyroscope
  • g1_hat : Estimation précédente de ( g_1 )
• Output: Angles d'Euler ( \varphi ) (tangage), ( \theta ) (roulis), et ( \psi ) (cap)

---

dd_to_dms(dd, direction):

Convertit les coordonnées en degrés décimaux (DD) vers le format degrés, minutes, secondes (DMS).

• Input:
  • dd (float): Coordonnée en degrés décimaux
  • direction (str): Direction ('N', 'S', 'E', 'W') pour appliquer le signe correct
• Output:
  • dms (str) - Coordonnée au format degrés, minutes, secondes (DMS)

---

dm_to_dd(dm, direction):

Convertit les coordonnées en degrés-minutes (DM) vers le format degrés décimaux (DD).

• Input:
  • dm (float): Coordonnée en degrés-minutes
  • direction (str): Direction ('N', 'S', 'E', 'W') pour appliquer le signe correct
• Output:
  • dd (float) - Coordonnée en degrés décimaux (DD)

---

dms_to_dd(dms, direction):

Convertit les coordonnées au format degrés, minutes, secondes (DMS) vers le format degrés décimaux (DD).

• Input:
  • dms (str): Coordonnée au format degrés, minutes, secondes (DMS) sous forme de chaîne
  • direction (str): Direction ('N', 'S', 'E', 'W') pour appliquer le signe correct
• Output:
  • dd (float) - Coordonnée en degrés décimaux (DD)

---

mesure_gps(fichier="/mesures/gps_data.txt"):

Récupère les données GPS (GLL) et les écrit dans un fichier.

• Input:
  • fichier (str): Chemin du fichier où les données GPS doivent être enregistrées
• Output:
  • gll_data (tuple) - Données GPS sous forme de tuple

---

gps_dd():

Récupère les données GPS en degrés décimaux

• Input:
  • None
• Output:
  • lat,long (float)

---

create_csv(input_file, output_csv_path):

Convertit un fichier de données GPS (.txt) en un fichier CSV avec latitude et longitude.

• Input:
  • input_file (str): Chemin du fichier .txt contenant les données GPS
  • output_csv_path (str): Chemin du fichier CSV de sortie
• Output: Aucun

---

afficher_data(csv_file, output_geojson_file):

Crée un fichier GeoJSON à partir des données GPS contenues dans un fichier CSV.

• Input:
  • csv_file (str): Chemin du fichier CSV contenant les données GPS
  • output_geojson_file (str): Chemin du fichier GeoJSON de sortie
• Output: Aucun

---

projection(lat, long, lat_m=48.199170, long_m=-3.014700):

Convertit les coordonnées GPS (latitude, longitude) en coordonnées cartésiennes locales par rapport à un point de référence.

• Input:
  • lat (float): Latitude en degrés décimaux
  • long (float): Longitude en degrés décimaux
  • lat_m (float): Latitude du point de référence en degrés décimaux (optionnel)
  • long_m (float): Longitude du point de référence en degrés décimaux (optionnel)
• Output:
  • p (np.array) - Coordonnées cartésiennes relatives [x, y]

---

cap_waypoint(a, p):

Calcule le cap à suivre pour atteindre un waypoint depuis un point de départ.

• Input:
  • a (np.array): Coordonnée du point de départ [latitude, longitude]
  • p (np.array): Coordonnée du waypoint [latitude, longitude]
• Output:
  • cap (float) - Cap à suivre en radians

arret_waypoint(a, p, distance_min=2):

Vérifie si la distance entre le point actuel et le waypoint est inférieure à une distance minimale spécifiée, pour déclencher l'arrêt.

• Input:

  • a (np.array): Coordonnées actuelles [x, y]
  • p (np.array): Coordonnées du waypoint [x, y]
  • distance_min (float): Distance minimale pour considérer l'arrêt (par défaut 2)

• Output:

  • True si la distance est inférieure à distance_min, sinon False

---

regulation_vitesse(distance, vmax=200, vmin=45, coef=1, middle=4):

Régule la vitesse en fonction de la distance à un point de référence. La vitesse est calculée à l'aide d'une fonction sigmoïde pour assurer une transition fluide.

• Input:

  • distance (float): Distance actuelle à un point de référence
  • vmax (int): Vitesse maximale (par défaut 200)
  • vmin (int): Vitesse minimale (par défaut 45)
  • coef (float): Coefficient de régulation (par défaut 1)
  • middle (float): Distance centrale pour la régulation (par défaut 4)

• Output:

  • vitesse (float): Vitesse régulée entre vmin et vmax

---

reach_point()

Rejoindre un point GPS donné par le point A en format degrés décimaux.

• Input:

  • lat_a (float): Latitude du point A.
  • long_a (float): Longitude du point A.
  • debug (bool, optionnel): Affiche les messages de débogage si True. Par défaut True.

• Output: None

---

cap_waypoint_2()

Calcule le cap pour suivre une droite définie par un point A et un vecteur directeur n, depuis un point P.

• Input:

  • m (np.array): Point A.
  • n (np.array): Vecteur directeur de la droite.
  • p (np.array): Point P.
  • debug (bool, optionnel): Affiche les messages de débogage si True. Par défaut False.

• Output:

  • cap_d (float): Cap calculé en radians.

---

suivre_droite()

Permet de suivre une droite définie par un point M et un point A, exprimés en format degrés décimaux.

• Input:

  • M (list): Coordonnées GPS du point de départ [lat, long].
  • A (list): Coordonnées GPS du point d’arrivée [lat, long].
  • debug (bool, optionnel): Affiche les messages de débogage si True. Par défaut True.

• Output: None

---

distance_droite()

Calcule la distance entre un point P et une droite définie par un point A et un vecteur normal n.

• Input:

  • a (np.array): Point A sur la droite.
  • n (np.array): Vecteur normal à la droite.
  • p (np.array): Point P.

• Output:

  • distance (float): Distance entre le point P et la droite. La distance est positive si P est à gauche de la droite dans le sens du vecteur n.

---

maintien_cap(acc, mag, cap, spd_base, debug=False):

Maintient le cap en ajustant la vitesse des moteurs gauche et droite pour compenser l'erreur angulaire.

• Input:
  • acc (np.array): Vecteur d'accélération corrigé [x, y, z]
  • mag (np.array): Vecteur de champ magnétique corrigé [x, y, z]
  • cap (float): Cap désiré en radians
  • spd_base (int): Vitesse de base des moteurs
  • debug (bool): Affichage des informations de débogage (facultatif)
• Output: Aucun

---

maintien_cap_2(acc, mag, cap, spd_base, debug=False):

Cette fonction fonctionne moins bien que la suivante: maintien_cap provenant du premier Guerlédan. Nous avons alors décidé de ne pas nous servir de cette seconde fonction par la suite.

---

cercle():

Calcule les consignes de vitesse et de cap pour faire évoluer un bateau sur une trajectoire définie.
Notre bateau suit une cible dont la position est p_tilde. La cible suit ici une trajectoire circulaire.

• Input:
  • n: Indice du bateau
  • t: Temps
  • lat_boue, long_boue: Position cible
  • k1, k2: Coefficients de régulation
  • r: Rayon de la trajectoire circulaire
  • T: Période
  • debug: Affiche des informations supplémentaires si activé
• Output:
  • speed: Vitesse du bateau
  • cap_d: Cap désiré
  • p_tilde: Position cible intermédiaire
  • p: Position actuelle

---

suivre_vecteur():

Cette fonction fait suivre au bateau un vecteur de direction calculé par cercle() grâce à la fonction maintien_cap durant une durée définie, ici 3min.

• Input:
  • n: Indice du bateau
  • t0: Temps initial
  • lat_m, long_m: Position cible
  • boucle: Exécution continue (True) ou unique (False)
• Output:
  • p_tilde: Position cible intermédiaire
  • p: Position actuelle

---

robot2_client_onetime():

Connecte le client au serveur pour recevoir une position GPS unique et la convertir en latitude et longitude.

• Input:
  • server_ip: Adresse IP du serveur
• Output:
  • lat: Latitude en degrés décimaux
  • long: Longitude en degrés décimaux

---

calc_b_A_from_file():

Calcule le biais magnétique b et la matrice de calibration A à partir des données d’un fichier .txt.

• Input:
  • filename: Nom du fichier .txt contenant les données de mesure
• Output:
  • b: Vecteur de biais 3x1
  • A: Matrice de calibration 3x3

calibration.py:

Permet de faire une calibration de l'accéléromètre et de la boussole et on enregistre les coefs A et b en format .npy.

Les mesures pour la calibration de la boussole sont enregistrées dans calib_16.txt.

geojson.py:

Permet à partir du fichier gps_data.txt de récupérer un fichier .geojson.

Exemple:

gpx.py:

Permet à partir du fichier gps_data.txt de récupérer un fichier .gpx (fait une trace gps avec un trait et non des points).

Exemple:

jour_1.py:

Le but de la première journée était de faire suivre un cap à notre bateau.
Nous avons donc créé ce code permet de suivre un cap Ouest pendant 30s puis ensuite de suivre le cap Nord à nouveau pendant 30s.
Ce code utilise et teste les fonctions maintien_cap et maintien_cap_2 évoquées ultérieurement.

jour_2_matin.py:

La mission du jour 2 était de tourner autour d'une bouée. Nous avons alors créé ce code qui utilise la fonction suivre_vecteur évoquées ultérieurement afin de réaliser des cercles autour de la bouée dont nous avions les coordonnées.

jour3.py:

On a mission_jour_3, qui consiste à réaliser des cercles autour d'un bateau. Dans cette partie le bateau cible était immobile. Cette mission nous a permis de prendre en main la communication entre les bateaux. En effet le bateau cible émettait sa position ce qui nous permettait de la recevoir.
Nous avons également mission2_jour_3, qui consiste à cette fois ci suivre un bateau cible en mouvement via la fonction maintien_cap.

consensus.py:

Permet de lancer la mission du jour 2 sur n'importe quel bateau.

Exemple:

stop.py:

Arrete le bateau

test_cap.py:

Permet de tester la correction de cap de la fonction maintien_cap

test_gps.py:

Permet de tester le gps et les conversions de coordonnées.

test_heure.py:

Test de la fonction attendre_exact_heure()

test_mesures.py:

Test les mesures de l'accéléromètre et de la boussole. On peut vérifier la calibration avec ce code

test_projection.py:

Permet de tester la projection et enregistre un fichier points_projection.csv. Ce fichier peut être tracé avec tracer_csv.py pour vérifier l'orientation de nos axes. Notre axe x était orienté vers le Sud.

Exemple: Déplacement vers le nord puis vers l’est (petit tour sur 1m), déplacment vers l’ouest puis vers le sud.

test_regulation_vitesse.py:

Ce fichier nous permet de rapidement choisir la régulation en vitesse de notre bateau et de la tester en affichant la tanh.