Le robot de Lohan

Comment fabriquer soit-même un robot autonome high-tech et à moindre coût ? Grâce à un mini-ordinateur, quelques composants électroniques et pas mal d’ingéniosité ! Voici une petite voiture à trois roues qui se dirige toute seule, évitant les obstacles en changeant de direction.

Cet article décrit les différentes étapes de la fabrication et les outils nécessaires à la réalisation de votre propre robot.

Fichiers et liens

Manuel du Robot - version 4.6 (PDF - 1,74mo) Fichiers du projet (ZIP - 174ko)

Ce dossier zippé contient :

  • Le programme avec ses bibliothèques au format du logiciel IDE Arduino
  • L’organigramme de programmation
  • Les schémas de câblages

Ci-dessous, les liens vers les logiciels libres qui ont servi à la conception :

Quelques liens utiles :

Description du projet

C’est un robot, qui ressemble à une petite voiture à trois roues, avec deux yeux à l’avant. Nul besoin de télécommande : il avance tout seul, repère les obstacles et les évite. Il vit sa vie !
On appelle cela un objet intelligent. « Intelligent » signifie qu’il a un comportement, autrement dit il réagit à son environnement. Il va donc falloir programmer ce comportement. Le capteur à ultra-sons envoie des informations à un mini-ordinateur, de la même manière que nos yeux indiquent à notre cerveau ce qu’il y a autour de nous. Le robot décide alors s’il doit avancer, s’arrêter, changer de direction.

Le système est composé d’une carte Arduino Uno (le mini-ordinateur), de câblages, de composants (lumières, capteur, moteurs, interrupteur), d’un châssis en plexiglas, de deux roues et d’une roulette. Le tout fonctionne sur piles ou sur batterie.

Qu’est-ce que la fabrication numérique ? Pour répondre simplement, il s’agit de concevoir des objets en utilisant les outils numériques. Parfois, il s’agira d’améliorer ou de transformer des objets existants grâce à ces outils.
Le principe des ateliers des façonneurs DU Numérique est de profiter des compétences des participants pour inventer et réaliser des objets. Comme dit la célèbre maxime, 2 cerveaux valent mieux qu’un. Ici, 8 valaient mieux qu’un. Ce projet a vu le jour grâce à la participation de tous. Au final, chacun a pris un peu des compétences et savoir-faire des autres, ce qui représente un bénéfice non négligeable, et une manière ludique et efficace d’apprendre et de créer dans la bonne humeur.

Les façonneurs du numérique se réunissent à l’Espace Numérique de la Médiathèque de Guichen. L’équipe qui a réalisé le robot n’était pas un groupe fermé, certains ont participé d’un bout à l’autre, d’autres n’ont fait que passer et
nous ont parfois enlevé une sacrée épine du pied.

Un travail d’équipe, que l’on pourrait résumer ainsi :

  • Eliane, la photographe attitrée
  • Viviane, notre correctrice orthographique
  • Olivier, le coordinateur du projet
  • Lohan, le porteur du projet
  • Jean-Yves, le bricoleur en chef
  • Régine, la touche-à-tout ingénieuse
  • Vicente, le modeleur 3D

Mais au final, tout le monde a touché à tout ! On peut aussi citer Yannick et Félix, pour leurs conseils avisés.

Matériel et composants

  • Un capteur ultra-son
  • Quatre piles 1,5V et leur boîtier
  • Des résistances, 1 par led
  • Une carte Arduino Uno, son câble USB et son adaptateur secteur
  • Des leds 5 mm (jaune, rouge, vert)
  • Des câbles avec fiches mâle/mâle, du câble électrique fin
  • Une fiche type alimentation secteur de carte Arduino
  • Un moteur pour actionner le capteur, type servomoteur 3kg
  • Deux moteurs avec leurs roues
  • Une roulette avec ses vis et quatre entretoises
  • Un châssis pour robot en plexiglas
  • Un breadboard (platine de prototypage)
  • Un fer à souder léger et du fil d’étain
  • Une perceuse
  • Du ruban adhésif double-face
  • Une bande velcro autocollante
  • Un gros trombone
  • Logiciel IDE Arduino pour le code

Montage des éléments

Ici, il s’agira principalement d’une partie bricolage « bête et méchante » : On assemble, on visse, etc. Un vrai meuble suédois, en plus simple !

Les moteurs

Voici le schéma de montage des moteurs, et ci-dessous la pose de l’un des 2 moteurs sur le châssis.

Il faut enficher les pattes en plexiglas dans le châssis par le dessus, de part et d’autre des moteurs ; puis les deux vis viennent les fixer.

La roulette

On passe chaque vis dans le support de la roulette, dans une entretoise, et dans le châssis.

Programmation

La programmation du robot consiste à organiser des bibliothèques dans un organigramme. Ainsi, le robot décidera au fur et à mesure de ce qu’il fait :

  • non → je regarde à droite → rien à droite → oui → j’avance
  • Rien devant → oui → j’avance
  • non → je regarde à gauche

et ainsi de suite.

Le principe des bibliothèques

Une bibliothèque (en anglais library, souvent traduit librairie) est un sous programme, c’est-à-dire un ensemble de lignes de codes que nous allons intégrer (la commande est « include », inclure) dans le programme principal.

Pour prendre l’exemple d’un servo-moteur :

Celui-ci est complexe à programmer. De plus, chaque fois que l’on voudra utiliser un servo-moteur dans un programme Arduino, on devra taper exactement les mêmes lignes de code. Donc, pourquoi recommencer à zéro quelque chose qui existe déjà et ne changera pas ? Nous inclurons donc la bibliothèque « servo.H », qui est relative aux servo-moteurs, dans notre programme principal, et il ne restera plus qu’à le piloter simplement.

Deux types de bibliothèque, celles pré-enregistrées dans le logiciel IDE Arduino, et celles que nous allons « pêcher » sur internet (ou celle qu’un copain a déjà faite, alors pourquoi la recommencer ?). Elles devront se trouver dans le même dossier que le programme principal.

Ces dernières apparaîtront dans des onglets à côté de notre programme.

Organigramme de programmation

Voici la manière dont procède le robot pour prendre ses décisions. Chaque question aboutit à une réponse oui/non, puis une autre question, et ainsi de suite.

Le tout est mis en « boucle sans fin » dans le programme.

Câblage

Voici les différents schémas de câblage du robot.

Pour le capteur infra-rouge et le servo-moteur, ils seront branchés directement sur les broches de la carte Arduino.

Les leds seront enfichées avec leurs résistance sur le breadboard, ne nécessitant pas de soudures.

Le micro-contrôleur est lui aussi à relier à la carte par l’intermédiaire du breadboard. C’est lui qui va piloter les moteurs des roues.

Le capteur, le servo-moteur et les leds

On fera attention au sens de la led : la patte courte est le ⊖ et la longue le ⊕. Les résistances ne sont pas polarisées, donc n’ont pas de sens.

Couleur Valeur
Rouge 470Ω
Vert 680Ω
Jaune 1kΩ

Le micro-contrôleur

Attention à bien respecter le sens du micro-contrôleur : la petite encoche arrondie au bord est un détrompeur.

Les moteurs tourneront à l’envers si leur câblage est inversé, donc pas de panique !

La soudure de l’interrupteur et des piles

Ici, on part du ⊕ (fil rouge) pour aller à l’interrupteur, puis au ⊕ de l’alimentation de la carte. Le ⊖ (fil noir) va directement au ⊖ de l’alimentation.

La soudure des moteurs

Pour effectuer une soudure, il faut :

  • Du fil d’étain
  • Un plan de travail
  • Un fer à souder avec son support et une éponge humide
  • Une pince à dénuder ou un petit cuter

Avant de commencer la soudure, on va couper les câbles à la bonne longueur (pas trop longs et pas tendus), puis les dénuder avec une pince à dénuder ou un petit cuter.

D’abord, on va étamer les deux parties (les câbles et les pates des moteurs), c’est-à-dire les préparer en les recouvrant d’étain. Puis on pose les deux parties l’une sur l’autre, et on les fixe en ajoutant de l’étain avec le fer.

Si une boule d’étain se forme, on appelle cela une « soudure sèche » : elle ne résistera pas longtemps aux vibrations. L’étain doit se répartir uniformément sur toute la surface du câble dénudé et de la patte.

Ci-dessous le schéma complet. C’est impressionnant mais en prenant par étapes…

Mise en place sur le châssis

L’agencement des éléments doit être envisagé de façon que les multiples câbles viennent s’ajuster exactement sur le châssis – ni trop lâches ni trop tendus.

La carte Arduino et le breadboard

La carte Arduino

La carte Arduino est fixée en premier sur le châssis, à l’aide de 2 vis à bois. On fait un avant trou avec une mèche de 3 mm sur le châssis à l’emplacement des trous disponibles sur la carte.

Le breadboard

On doit ensuite trouver de la place sur le châssis pour y placer le breadboard.

Plutôt que de le visser, on utilise simplement du ruban adhésif double face.

Les piles

Les piles sont fixées sous le châssis, et leur poids rend l’opération plus délicate.

Provisoirement, on peut se contenté de double face, mais elles tiendront mal. On pourra le remplacer par une bande velcro autocollante de couture.

Le servo-moteur et le capteur

Le servo-moteur

Le servo-moteur est fixé avec du double-face, tout à l’avant du châssis, puisqu’il va supporter les « yeux » du robot.

Le capteur

La fixation du capteur (les « yeux » du robot) se révèle assez compliquée. On peut utiliser un gros trombone en le modelant de façon à ce qu’il s’enroule autour de l’hélice du servo-moteur, et que ses 2 tiges viennent enserrer la plaque du capteur. Il faudra cependant isoler avec de l’adhésif les tiges métalliques pour éviter tout risque de court-circuit.

A vous de jouer !

Licence

Ce projet a été réalisé dans le cadre des ateliers organisés à l’Espace Numérique de Guichen par Les façonneurs du numérique, en juillet 2016.

Licence Creative Commons
Ce(tte) œuvre est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage dans les Mêmes Conditions 4.0 International.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *