Obligement - L'Amiga au maximum

Mercredi 13 décembre 2017 - 06:06  

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Reportage : Exposition RobotScope
(Article écrit par Philippe Bérard et Olivier Jeannet et extrait d'Amiga News - octobre 1993)


La saga de ce mois-ci sort un peu du cadre habituel dans la mesure où elle n'est pas consacrée à une application professionnelle de l'Amiga. Mais le concept RobotScope est à la fois pédagogique et démonstratif des possibilités de la machine, il trouve donc sa place dans notre série.

Cet été, les enfants parisiens ont eu la possibilité de programmer des mini-robots à la Villette grâce à des Amiga 600. Ceci était possible lors de l'exposition RobotScope où trois spécialistes, chacun dans son domaine, ont combiné leurs compétences pour créer des mini-robots facilement programmables par des enfants. Ces enfants, après avoir écrit un scénario, le programment à l'aide d'une interface graphique puis admirent le résultat, d'ailleurs très souvent conforme à leurs espérances.

RobotScope et ses auteurs

Marc-François Rouxel, initiateur et principal intervenant dans le projet, est avant tout un artiste qui touche un peu à tout : peinture, sculptures animées, dessin, maquettes et ici robots... Il a déjà présenté ses robots auparavant, lors d'une exposition artistique qui dura environ quatre mois, à Moret-sur-Loing (77).

Jean-Michel Forgeas, développeur d'UIK (User Interface Kit, kit de développement facilitant la programmation ainsi que l'utilisation d'une interface graphique) et de Flamtrans, s'est occupé de toute la partie logicielle et de l'interface graphique. Il fait partie des trop rares développeurs français ayant recours au domaine public pour propager ses idées et projets. Il est particulièrement actif sur les réseaux de communication internationaux (UseNet).

Pierre-Marie Lagaillardie, étudiant en électronique, a créé toutes les cartes à relais. Ces cartes transforment les signaux binaires qu'envoie l'Amiga sur le port parallèle en ordres de déclenchement ou d'arrêt de moteurs, comme nous allons le voir plus loin.

Le projet RobotScope

Depuis environ six ans, Marc-François Rouxel a l'obsession des robots. Il commence donc par en créer un, ZEPRO. Ce robot, habillé d'un coffrage plastique décoré, dispose de quelques commandes électriques (potentiomètres, manette, etc.) qui contrôlent des moteurs électriques classiques avec butée microcommutateur.

Il y a deux ans, lors d'une réunion amicale avec Jean-Michel Forgeas et Pierre-Marie Lagallardie, le groupe décide de créer un robot pilotable par l'Amiga, interfacé sous UIK et commandé par une carte à relais. Lorsque celui-ci fut réalisé, Marc-François décida de présenter son projet lors d'une exposition artistique, avec succès.

Après cette exposition, des pourparlers avec La Villette sont engagés pour réaliser une exposition de ce type dans la Cité des Sciences. Le Parc de la Villette étant une vaste administration dépendant du Ministère de l'Industrie, plusieurs mois sont consacrés à différentes études concernant l'intégration du projet dans la Cité. Finalement, l'emplacement de la Cité des Enfants, appelé précédemment Inventorium, est choisi.

Le projet consiste à apprendre aux jeunes enfants (8 à 12 ans) les rudiments de la programmation, tout en s'amusant. Trois robots sont présents dans la salle :
  • ZEPRO, qui n'a ici qu'un rôle purement figuratif.
  • ZAPPA, habillé d'un coffrage plastique comme ZEPRO, mais commandé par un Amiga 2000 équipé d'une carte à relais.
  • ZIPO, robot complètement dénudé qui sert à montrer aux enfants la structure du robot (moteurs et câblages). Chaque partie mobile est en bois, plaqué avec des feuilles d'aluminium.
ZEPRO

Ces robots ont demandé un à deux mois de travail à Marc-François Rouxel pour réaliser les parties mécaniques et électriques, ainsi que pour les coffrages plastiques particulièrement originaux de par leurs formes et leurs couleurs.

Il est à noter que Commodore, plutôt timide dans la promotion de ses machines, a décidé de faire un prêt de quatre Amiga 600 pour cet atelier. Cette initiative a été la bienvenue pour cette application, sensibilisant les plus jeunes à l'utilisation de cette fabuleuse machine qu'est l'Amiga. Il serait malgré tout souhaitable que cet effort de promotion se retrouve aussi pour les applications en milieu professionnel, souvent oubliées.

Déroulement de RobotScope

La séance commence par une discussion amusante avec le robot ZAPPA. Marc-François commande au clavier le déclenchement des gestes et des paroles du robot, pour que les enfants croient que le robot leur répond. Cette introduction permet de détendre les enfants et se révèle très amusante.

Ensuite, les enfants sont groupés par binômes et doivent choisir chacun le thème qui les intéresse parmi divers scénarios : la gymnastique, j'apprends une danse, l'animal extraordinaire, l'attaque, le moustique, le gourmand, le commentateur sportif.

Un formulaire leur est ensuite fourni, représentant une matrice de séquences de mouvements à effectuer, environ une vingtaine. Chaque élément de la matrice représente, grosso modo, l'interface graphique présente sur l'écran des Amiga. Les enfants doivent donc cocher les cases appropriées pour chaque mouvement, étant admis qu'il est possible de déclencher plusieurs mouvements à la fois (exemple : bras gauche se levant en même temps que la tête tourne à gauche). Le nombre moyen de séquences par scénario est d'environ une dizaine.

Une fois que les enfants ont compris le système, et que leur scénario a été noté sur le formulaire, ils passent à la programmation directe sur l'Amiga. Ils cliquent donc sur chacun des boutons représentant les mouvements, un gadget proportionnel leur permettant de se déplacer dans le scénario.

Pour chacun des thèmes choisis, des échantillons de son sont déjà fournis, évitant ainsi à l'enfant l'apprentissage souvent fastidieux de l'échantillonnage. L'enfant dispose d'une heure pour programmer son scénario, puis Marc-François sauvegarde ensuite sur une disquette le scénario de chaque enfant pour réunir enfin tout le monde autour du même robot et tester, binôme par binôme, les scénarios ainsi programmés.

Les enfants sont très concernés par le résultat de leur programmation et affichent souvent un sens de l'honneur prononcé lorsque leur scénario marche à merveille, ou qu'il échoue... L'expérience semble être un succès, les enfants, garçons et filles, appréciant ce contact amusant et didactique, et le taux de réussite dans la programmation des séquences atteignant allègrement les 80 à 90%.

Nous allons à présent rentrer dans les détails de cette réalisation, et tout d'abord la partie matérielle de l'installation. Les configurations prêtées par Commodore sont des Amiga 600 (1 Mo de mémoire Chip) comportant un disque dur de 20 Mo, ainsi qu'un moniteur 1084S. Le disque dur est bien utile pour stocker le programme de gestion du robot ainsi que les différentes données qui l'accompagnent, comme les sons numérisés et les scénarios prédéfinis. Les Amiga sont disposés en U, permettant de voir ce qu'il se passe sur les autres écrans. Marc-François dispose de son propre Amiga 2000, celui qui commande le robot ZAPPA pour la démonstration initiale.

Chaque robot peut effectuer dix actions élémentaires : les bras bougent de bas en haut, les yeux de gauche à droite, la bouche s'ouvre et se ferme, la tête tourne dans les quatre directions. Les membres sont commandés par de simples moteurs électriques dont on peut sélectionner le sens de rotation, et les mouvements sont arrêtés par des butées munies d'interrupteur. Quand le membre atteint son amplitude maximale, par exemple le bras tout en haut, il touche la butée, qui elle-même coupe le courant qui arrive au moteur. Il a donc deux butées par membre, une à chaque extrémité du mouvement.

Pour commander le robot, on se sert d'une boîte à relais qui permet de transformer l'information numérique sortant du port parallèle de l'Amiga en courant suffisant pour faire tourner les moteurs électriques. Le monde de l'électricité et celui de l'électronique ne travaillant pas avec les mêmes échelles d'intensité, il faut donc amplifier les signaux et prendre quelques précautions. Faire un mouvement revient à mettre un bit à un sur le port parallèle pour commander un relais correspondant, qui va envoyer le courant au moteur. Par mesure de sécurité, les liaisons entre la partie numérique (le port parallèle) et la partie commande de courant sont isolées par une liaison optique.

Pour chaque bit, le courant du port parallèle allume une diode, qui éclaire une cellule photosensible, qui commande le courant des moteurs. On transforme l'électricité en lumière que l'on reconvertit en électricité : plus de fuites de courant, ni de court-circuit, ni de surtensions. En effet, lors des premiers essais, des composants de la carte mère ont été endommagés par un retour de courant. Cette isolation optronique augmente le coût de la boîte à relais, car les optocoupleurs sont chers. Bien qu'elle soit réalisée à titre amical par Pierre-Marie Lagaillardie, elle revient environ à 1500 FF.

Les paroles du robot sont des échantillons stockés sur le disque de l'Amiga, et un amplificateur placé à la sortie audio les diffuse via un haut-paleur placé dans le socle du robot. Chaque phrase correspond à un échantillon et les échantillons sont regroupés par scénario.

Lors de la démonstration initiale, Marc-François commande les actions et les paroles du robot en appuyant sur des touches définies du clavier, cette méthode étant assez souple puisqu'elle permet de faire interagir le robot avec les enfants.

La partie logicielle

Comme Marc-François Rouxel a la chance d'avoir un ami programmeur compétent en la personne de Jean-Michel Forgeas, il a préféré lui laisser la programmation de l'interface graphique et de la gestion du robot, lui-même se chargeant de la partie habillage et image du projet.

Jean-Michel s'est largement servi de son utilitaire UIK (User Interface Kit), que ce soit pour la création de l'interface graphique de RobotScope ou pour les modifications apportées par la suite. Le reste de l'application est programmée en C. Grâce à UIK, on peut facilement changer la taille et la disposition des gadgets, en rajouter, sans devoir se plonger dans la programmation, ce qui est bien pratique et arrange Marc-François quand il veut modifier l'interface. Cela a été utile puisqu'il a fallu la redessiner pour les enfants, en particulier les boutons qui ont du être agrandis.

RobotScope est en fait une version réduite en capacité de ce qu'avaient pu réaliser les auteurs initialement, pour être plus accessible aux enfants. L'interface présentée aux enfants est simple mais facile à étendre, toujours grâce à UIK, dont on voit ici la puissance. L'interface ayant un copyright, nous n'avons pu vous montrer une photo d'écran. Les mouvements des robots sont rudimentaires car là encore on s'adresse à des enfants. Les ordres qu'on peut donner au robot consistent en une action simple, comme lever les bras (un des dix mouvements possibles), associée à une durée, comprise entre 0 et plusieurs secondes, avec une précision de quelques centièmes de seconde (précision conditionnée par celle du timer.device). Au delà d'une certaine durée, selon le mouvement, il ne sert à rien de l'augmenter car le membre arrive à sa butée et il s'arrête. Dans ce cas on obtient une pause dans les actions du robot.

Le scénario que les enfants préparent est en général dérivé d'un des sept scénarios types. Un scénario consiste en une suite de séquences, chaque séquence consistant en un ou plusieurs mouvements (un membre, un sens et une durée), et une phrase éventuelle. Lorsqu'un scénario est joué sur le robot, le son est d'abord lancé, puis les mouvements, qui vont se faire concurrement s'il y en a plusieurs (lever les bras et tourner la tête par exemple).

L'interface graphique montre à gauche les dix boutons correspondants aux mouvements du robot, disposés selon la morphologie du robot. A droite on trouve deux ascenseurs horizontaux, qui indiquent et permettent de choisir le numéro de la séquence et la durée du mouvement à effectuer lors de cette séquence. On choisit la phrase grâce à une fenêtre de requête de fichiers. Toute l'interface est assez lisible, sobre avec de larges boutons bien en évidence. C'est très agréable à utiliser.

Conclusion

Cette idée d'apprendre la programmation aux enfants par le jeu s'est révélée excellente, avec un côté futuriste grâce aux robots parlants, et un côté simple avec la mise en oeuvre imaginée par Marc-François. Elle procède du même type de démarche que Seymour Papert qui a inventé le langage Logo, avec sa fameuse tortue graphique qui a également existé sous forme robotique. C'est une passerelle entre la simplicité apparente du réel et la complexité de la programmation, qui a besoin de décomposer une action globale en de multiples détails. C'est un programme grand public qui montre l'utilité pédagogique de l'ordinateur, l'antithèse de la console de jeux destructrice de rapport sociaux.

Commodore a été très satisfait de ce projet, et prêtera à nouveau du matériel pour de futures réalisations. L'auteur est en train de perfectionner un atelier de vidéo informatique qu'il a développé avec la municipalité de Grigny. Après la Villette, il aimerait transporter l'exposition RobotScope partout où cela sera possible.


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