Projets:Perso:2011:TortueSimple

Turzzle
Auteur	Clément/Martin
Date de proposition	08/06/2011
Tags du projet	PPC
Lieu d'utilisation final	Anywhere
Utilisateur final	Youngsters
Type de projet Projet personnel de Clément/Martin

Projet Turzzle

Dédramatiser la programmation grâce à des ptites tortues (à la LOGO) qui courent partout par terre en s'inspirant d'un petit jeu con (http://www.robozzle.com/), mais sans ordinateur visible. Pour cela il faut : - fabriquer une tortue simple (au sens LOGO), - fabriquer des dalles adaptées pour qu'elle s'y déplace - fabriquer une console de commandes et une interface de "programmation"

Actus

Projet en suspens... mais en attendant, voici un pti teaser:

Deux micromoteurs Maxon (issus de la commande groupée du lab, de belles bestioles) et un devkit TI (Cortex M3, Ethernet+CAN, double décodeur de quadrature). Yapluka !

Introduction

Beaucoup de gens pensent que pour Programmer un Ordinateur (avec les majuscules), il faut être une sorte de magicien moderne, capables d'une sorte de karaté mental à la Matrix pour parvenir à dompter une sorte de Deus Ex Machina grandiosement transandant comparable à HAL dans l'odyssé de l'espace, alors que non, pas du tout. En fait, ca demande bien des contorsions mentales, mais c'est qu'il faut parvenir à simplifier, simplifier et simplifier ses ordres pour les rendre compréhensibles par un vulgaire tas de fil dépourvu de toute jugeotte...

Objectifs

L'objectif de ce projet est de mettre au point des outils permettant de réaliser des animations visant à dédramatiser la programmation en permettant à des débutants complets (jeunes et moins jeunes) de programmer un petit robot inspiré des tortues LOGO dans un environnement un peu ludique.

La ligne éditoriale du projet est de cacher la technologie autant que possible pour éviter d'effrayer les nouveaux venus: pas de tape à l'oeil, on cherche à faire low tech, au moins en apparence. En particulier, il ne faut ni écran ni clavier visible.

L'objectif n'est PAS d'enseigner la programmation à proprement parlé, car cele serait difficile voire impossible d'atteindre cet objectif tout en collant à l'idée de jeu simple ciblant les débutants absolus.

Principes

Comme les tortues LOGO, l'objectif est de permettre aux débutants de comprendre que programmer, c'est donner des ordres très simples à des composants techniques très bêtes. On ajoute des idées venus du jeu robozzle pour ajouter une finalité plus forte aux programmes développés avec le robot. On ne fait plus un programme pour faire un programme, mais on le fait pour résoudre un problème donné (c'est à dire un niveau du jeu).

Le principe du jeu est basé sur un petit robot (donc) qui parcourt un monde simple composé d'une grille de cases. L'objectif du jeu est d'amener le robot à passer sur certaines cases du monde. Pour cela, on donne dispose de 3 ordres possibles: avance, tourne de 90° à gauche et tourne de 90° à droite. C'est tout. Ensuite, on peut écrire jusqu'à 6 fonctions (des suites nommées d'ordres) pour grouper les ordres ensemble, ce qui donne 6 ordres de plus : f1 à f6 pour appeller les fonctions. Enfin, il est possible de donner une couleur à un ordre donné. Par exemple, si on dit "avance rouge", le robot n'avancera que s'il se trouve sur une dalle rouge au moment de l'exécuter. Sinon, l'ordre est simplement ignoré et on passe à l'ordre suivant du programme. Au début du niveau, certaines cases contiennent des étoiles, qui disparaissent dès que le robot passe sur la case en question. Le niveau est gagné dès la disparition de la dernière étoile, même si le programme n'est pas fini (s'il reste des instructions à exécuter). Si le robot "tombe", c'est à dire va dans des cases sans dalle, le niveau est perdu.

L'interface du jeu est donc très simple en apparence. La mécanique du jeu (la motivation des joueurs) vient du fait que les programmes que l'on peut écrire sont de taille bornée. Cela force à factoriser les choses, et constitue un petit casse-tête sympatique. Il est également possible de faire des niveaux beaucoup plus avancés, où une maîtrise avancée de la récursivité (par exemple) est indispensable, mais c'est un peu hors sujet ici.

Fonctionnalités

Caractéristiques générales du jeu

La grille du monde est toujours inférieure à 14x14 dalles. Chaque dalle est soit rouge, soit verte, soit bleue. Certaines dalles portent des étoiles qui s'éteignent quand la tortue passe. La tortue accepte au maximum 6 fonctions de 10 instructions chacunes. En plus de la localisation des dalles et des étoiles, chaque niveau spécifie la quantité d'instructions que la tortue admet. Par exemple, http://www.robozzle.com/js/play.aspx?puzzle=23 restreint à une seule fonction, de seulement 4 instructions au maximum. Certaines choses possibles dans le jeu sur le site ne seront pas possibles à priori. En particulier, on ne prévoit pas d'autoriser à changer la couleur des dalles.

Comme l'objectif est d'organiser des stands et autres démonstrations, la bonne dimension du jeu est de l'ordre de quelques mètres de coté. Par exemple, des dalles 25x25 cm donnent un niveau de jeu de l'ordre de 3,5mx3,5m, ce qui semble raisonnable.

Module Tortue

• Software: juste du soft embarqué a priori, rien de bien sorcier. Il faut juste stocker la pile d'appel des fonctions de façon à pouvoir dépiler en fin de fonction.
• Hardware:
  • deux servos modifiés pour la rotation continue
  • carte arduino/version customisée
  • capteurs de ligne (par exemple CNY70, ou équivalent en moins cher)
  • de quoi communiquer avec la console de commandes: liaison radio (Xbee ou full custom)?
  • de quoi communiquer avec les dalles: IR?
  • peut etre capteur de couleur (http://www.sparkfun.com/products/10656 par exemple, à tester)
  • logement pour piles AA/9v

Module Dalles

• Software:
  • il faut détecter quand le niveau est terminé (toutes les étoiles sont éteintes), et prévenir la tortue pour qu'elle s'arrête
  • il faut peut-être prévoir un quelque chose permettant de vérifier que le niveau est soluble et qui lève une alarme si la disposition des dalles rend le niveau impossible. Un copain de Martin a fait un programme qui fait ceci, reste à savoir où on va trouver dans le jeu un processeur assez solide pour l'exécuter. http://www.loria.fr/~bedaride/robozzle.py
• Hardware:
  • une inspiration du hw du zombie badge du NYC : http://www.buildbrighton.com/images/7/7c/BuildBrighton_badge_instructions-web.pdf
  • mécaniquement, assemblage comme des pièces de puzzle
  • marquage de lignes (croix noires) pour aider au déplacement de la tortue (peinte, "imprimées" au laser, scotch d'électricien, ...)

Tous les éléments structurels seraient à fabriquer en MDF découpés au laser (voir FR4, si c'est possible ???)

Il faut que les dalles puissent porter des gens qui marchent dessus pour leur permettre de suivre la tortue. Interdire de marcher sur les dalles irait contre l'objectif de dédramatisation.

Module interface de commandes

À priori, il n'y a absolument pas de logiciel dans ce module, seulement du matériel. Le gros défi est de faire une interface aussi pratique que possible pour les utilisateurs.

Les contraintes du jeu:

• Le nombre de types d'ordres varie selon la variante visée. On peut pas faire moins que 7, on est tranquilles à 12 et on peut occuper 20 types d'ordres si on pousse le concept.
  • Indispensable: 3 déplacements relatifs: avance, gauche, droite
  • Entre 4 et 6 pour les appels des différentes fonctions: F1, F2, F3, F4, F5, F6
  • Optionnel: 3 ordres pour changer la couleur de la dalle courante: to_red, to_green, to_blue
  • Encore plus optionnel: on pourrait ajouter 4 déplacements absolus: nord, sud, est, ouest. Dans la même veine, on peut vouloir des déplacements absolus de plus d'une case, comme NN, SS, EE, WW (voire NNN, SSS, EEE, WWW mais faut ptet pas abuser).
• Chaque ordre est décliné en 4 versions conditionnelles:
  • une version blanche qui s'exécute tout le temps,
  • trois versions rouge/vert/bleu qui ne s'exécutent que si la dalle courante est de la couleur dite

Par ailleurs, chacune des 6 fonctions peut contenir jusqu'à 12 ordres, ce qui fait 96 sockets sur le panneau.

Pour encoder chaque ordre sur le panneau de commandes, on va disposer plusieurs éléments cote à cote sur le panneau de commandes. On veut à la fois que ce soit (1) pratique à utiliser (2) petit pour avoir un panneau de taille raisonnable (3) solide car c'est une pièce d'usure (4) bon marché car on en a besoin d'une centaine pour commencer à jouer, probablement.

• Approche par potentiometres: Chaque ordre est porté par un potar 36 positions (3 ordres+6 fonctions x 4 couleurs), ou bien par un potar 12 positions (6 ordres et 6 fonctions)+ un potard 4 positions pour les couleurs. Une autre variante serait d'avoir un potar pour les ordres/fonctions et une LED indiquant la couleur. Une seule molette peut être utilisée pour changer la LED de toutes les cases. Le problème majeur est que cette approche prend beaucoup de place, et je sais pas si un potard 36 positions est très simple à utiliser en pratique. Le prix reste également à évaluer.

• Plugs physiques: chaque case de l'interface de commande est une petite prise dans laquelle on peut enficher un objet physique pour spécifier l'ordre. Ca peut être des briques Lego, avec la couleur de la brique indiquant aux humains l'ordre en question, et une petite résistance dedans permettant à la console d'obtenir la même information. Les plugs peuvent être plus petit que les potards vu qu'on a pas à les manipuler finement. En contrepartie, on risque de les perdre (ou de se les faire voler par les participants), ce qui impose de baisser le prix et le temps de fabrication au max des sucettes. Plusieurs approches sont possibles pour connecter les sucettes aux sockets du panneau.
  • Prise jack: on peut utiliser les connecteurs audio classiques. On en trouve par exemple sur mouser. Pour tenir la contrainte d'espace, il semble préférable de prendre des prises mono en 2.5mm. Ca revient grosso modo à 40c pour le male (la sucette) et 50c pour la socket sur le panneau. C'est relativement cher, et on maitrise mal la solidité du truc.
  • Prise RCA: c'est moins cher que des jacks classiques: 18c le male et 30c la femelle (c'est vendu pour 5000 cycles de branchement/débranchement). Mais à ce prix, y'a que le métal du male, pas de plastique du tout. On peut dire que c'est ce qu'on voulais, qu'on va repraper ou autre le haut des sucettes, mais il ne faut pas perdre de vue que c'est une piece d'usure. En clair, j'ai peur que ce soit fragile.
  • Brique lego: une autre idée est de mettre la connectique (une résistance) dans une sorte de brique lego. Une approche légèrement hardcore est de partir d'une brique existante. Il semble cependant plus raisonnable de fabriquer une boite de la taille d'une pièce lego 4x2 (mais sans ergots) spécifiquement pour l'occasion, et la remplir de connectique ensuite. On peut par exemple mettre des ergots de pile AA dedans (13c la paire). Si la brique a une ptite séparation à 0.1mm du bord, on peut glisser l'ergot de la pièce dedans avant de la souder+coller à chaud. Pour la socket, deux possibilités:
    • On peut soit repraper la plaque qui va porter l'ensemble, et faire un T extrudé sur l'axe Y. Ensuite, on colle le même genre de connecteur que dans la brique, fixé sur le petit coté du T (la jambe du T fait contrefort pour éviter que ca casse). Ca va être pénible à repraper (le panneau risque de faire 25x25, ce qui est trop gros pour les repraps classiques par exemple)
    • On fixe un autre porte-pile sur le PCB (comme celui ci, 24c la paire), et on pose une parrure lasercutée par dessus pour protéger le PCB.

Les plugs peuvent être plus petit que les potentiometres, ce qui permet de poser l'interface de commande sur la tortue elle-même, sans avoir besoin d'un lien radio. Un autre avantage est qu'on peut écrire le programme sur une plaque séparée, elle même enfichée sur la tortue. Cela permet de faire des animations en direction de groupes plus nombreux où les participants font leur propre programme sur une plaque, et le testent sur la tortue chacun à leur tour. Le gros défaut est qu'on risque de ne pas avoir certains types de plugs pour un niveau donné, qu'on risque de les perdre, etc.

D'autres approches (ecran tactile sur la tortue, smartphone + site web) ont été repoussées car elles sont en contradiction avec l'objectif "low tech en apparence pour n'effrayer personne".

Ressources

• En plus du jeu dont on s'inspire directement (http://www.robozzle.com/) on peut citer LightBot qui est comparable: LightBot et LightBot 2. La principale différence est que le monde n'est pas plat dans LightBot: certaines cases sont plus hautes que d'autres et il faut sauter pour monter. De plus, éteindre les étoiles demande d'exécuter une instruction spécifique pour cela.

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Réalisation

Rassemble un ensemble de ressources décrivant les étapes du projet, et aidant à organiser le travail en cours

Questions ouvertes/problèmes

Soft pour la conception de pièces

• L'approche par découpe laser semble intéressante pour faire les pièces méca. Voir contact Electrolab
• Nécessité de trouver/maitriser un logiciel de CAO pour concevoir les pièces. Prise en mains de FreeCAD en cours.

Réponses aux critiques classiques

• Est-ce qu'il ne serait pas plus approprié de directement faire une "vraie" tortue LOGO, et de voir ce jeu comme un "mode" d'utilisation ?
  • Non, car une véritable tortue logo serait bien plus complexe et chère à réaliser. Ca semble donc un peu over-enginering.
• Est-ce que tout ceci ne semble pas un peu beaucoup / cher pour simplement dédramatiser l'acte de programmation ?
  • Peut-être que c'est complexe pour un objectif finalement limité, mais on trouve ca fun et on a envie de le faire :) Quant au prix, il est un peu tôt pour en parler, mais il est probable qu'on trouve le soutien de partenaires en temps voulu (comme l'INRIA). De plus, la ligne éditoriale "low tech apparent" devrait aider à mitiger ce problème.
• Est-ce que ca sera efficace en pratique pour faire passer le message ciblé?
  • Bah on est en phase préliminaire pour l'instant. On va tâcher de faire en sorte que oui, mais on peut pas répondre pour l'instant.

Macro planning

• discuter des features & solutions techniques envisagées : done
• évaluer les possibilités de fabrication (découpe laser, etc) : en cours
• fabriquer un 1er proto de tortue, un petit ensemble de dalles pour validation
• fabriquer un ou plusieurs sets complets

Etat d'avancement

Prochaines actions/en cours

Même si on est très loin de la fin, il me semble que les choses sont relativement claires à ce point. Le plus gros point bloquant à mes yeux porte sur les dalles. On a besoin d'une inteligence globale d'un ensemble de pièces qu'on peut manipuler comme des pièces de puzzle. J'ai pas le début d'une idée sur comment on fait ca...

Fabrication

• Questions en cours auprès du contact qui peut faire des pièces en découpe laser
• Eval du soft pour concevoir les pièces meca

Electronique

• Ebauche système & gel des features électroniques en cours

Résultats

Permet de capitaliser sur le travail effectué: l'utiliser, le reproduire, l'améliorer, ...