Rover robotique : 10 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Bonjour, je suis Proxy303, spécialiste en robotique. Dans ce tutoriel, je vais vous apprendre à construire votre propre robot comme l'un des miens.

Je ne parle pas d'une de ces voitures télécommandées sur-glorifiées que les gens appellent des robots. L'une des définitions mêmes d'un robot est qu'il ne peut pas être télécommandé. Le robot que vous allez construire aujourd'hui est celui que vous construisez, câblez et programmez. Ensuite, c'est autonome. Cela signifie qu'il n'est pas contrôlé de l'extérieur. Il se contrôle. Une fois construit et programmé, le robot fait tout le reste lui-même.

Il y a cinq composants principaux de tout robot:

• Un châssis, qui est le corps de votre robot. Vous pouvez les acheter en ligne pré-assemblés, ou vous pouvez créer les vôtres à partir d'un kit ou à partir de zéro.
• Un micro-contrôleur, qui est le "cerveau" de votre robot. Il s'agit d'un circuit polyvalent qui peut être programmé pour faire à peu près n'importe quoi.
• Certains moteurs, qui permettent à votre robot de se déplacer. Vous ne pouvez pas contrôler efficacement les moteurs directement avec un microcontrôleur, vous avez donc besoin…
• Un pilote de moteur, qui vous permet de contrôler un moteur à haute tension avec un signal logique à basse tension.
• Une source d'énergie, qui alimente tout. Pour les robots portables ou mobiles, utilisez des piles. Sinon, vous pouvez utiliser un module d'alimentation, comme celui d'un ordinateur.

Fournitures

Tu auras besoin de:

• Un châssis de robot (je suggère l'Actobotics Runt Rover Whippersnapper, car il a tellement de bons aspects, comme un support de micro-contrôleur universel, ou des supports de capteur, ou le fait que tout s'emboîte.) Tout matériau fonctionne, alors essayez le plastique, du bois ou même du carton. Soyez prudent lorsque vous utilisez du métal, car il pourrait court-circuiter les joints de soudure sous les cartes de circuits imprimés, mais si vous savez ce que vous faites, alors allez-y et essayez-le. Le châssis du robot peut être assez cher, coûtant entre 15 et quelques centaines de dollars.
• Un micro-contrôleur (j'ai utilisé un Arduino Mega 2560, mais un Raspberry Pi fonctionne bien aussi.) Ceux-ci peuvent être achetés dans les magasins d'électronique, les magasins d'amateurs, en ligne ou n'importe où ailleurs qui vend des pièces de robot. Bien qu'ils soient l'une des parties les plus importantes d'un robot, ils sont en fait assez bon marché, se situant entre 10 et 40 dollars.
• Un pilote de moteur (j'ai utilisé le pilote de moteur double L298N) Ceux-ci peuvent être assez chers, alors traitez le vôtre avec soin. Ces mauvais garçons sont conçus pour injecter beaucoup de puissance dans les moteurs, et donc ils chauffent beaucoup. Assurez-vous que celui que vous achetez a un dissipateur thermique, ou si ce n'est pas le cas, collez-en un. Vous ne voulez certainement pas que le conducteur du moteur surchauffe et se brise, ce qui vous coûtera de 20 à quelques centaines de dollars pour un nouveau.
• Quelques fils de planche à pain. Pas beaucoup d'explications sont nécessaires ici, car vous pouvez les trouver à peu près n'importe où.
• Certains fils M-F DuPont. Plutôt que des fils de planche à pain, qui ont des "aiguilles" métalliques aux deux extrémités, ceux-ci ont une "aiguille" à une extrémité et une douille à l'autre extrémité.
• Une poignée de vis de montage. Encore une fois, pas beaucoup d'explications nécessaires. Procurez-vous de petites vis cruciformes, de taille standard.
• Une source d'alimentation principale pour alimenter le micro-contrôleur (Vous pouvez trouver des batteries lithium-ion rechargeables assez bon marché en ligne. J'utilise généralement des banques d'alimentation utilisées pour charger les téléphones.)
• Une source d'alimentation de moteur (6 piles AA fonctionnera très bien pour cela, mais vous pouvez utiliser une autre source d'alimentation si vous le souhaitez. N'utilisez PAS de pile 9V; elles n'ont tout simplement pas le courant pour ce genre de chose. Gardez à l'esprit qu'ils sont conçus pour faire fonctionner des détecteurs de fumée, pas des robots.) Si possible, essayez d'obtenir une source d'alimentation rechargeable. C'est un peu plus cher au début, mais croyez-moi. Si vous utilisez des piles à usage unique, vous vous retrouverez à les parcourir très rapidement, et le coût de ce nombre de piles dépasse rapidement le coût de certaines piles rechargeables.

Vous voudrez peut-être:

• Un capteur à ultrasons. Permet à votre robot de voir les objets devant lui.
• Certains servomoteurs. Plutôt que de tourner constamment, ces moteurs utiles peuvent être programmés pour se déplacer selon un angle spécifique et y rester.
• Une poignée de LED. Aucune explication requise. Vous mettez au pouvoir, ils s'allument. Simple.
• Ou toute autre pièce jointe. Pourquoi ne pas ajouter un bras robotisé ? Ou un autre capteur ?

Étape 1: Construisez le châssis du robot

Assemblez le châssis du robot que vous avez acheté. Assurez-vous que tout est assemblé correctement.

Avec le Runt Rover Whippersnapper, tout s'emboîte. Si votre châssis est maintenu par des vis, assurez-vous qu'elles sont bien serrées et que votre bot est solide. Croyez-moi, il n'y a rien de pire que de voir votre projet s'effondrer sur vous - parfois littéralement ! Assurez-vous également qu'il y a de la place à l'intérieur du châssis. Imaginez tout acheter, dépenser plus de 70 dollars, pour découvrir que l'un de vos principaux composants ne rentre pas dans le bot !

Assurez-vous également que les moteurs sont correctement fixés et peuvent tourner librement. Parfois, un morceau du châssis qui dépasse peut bloquer les moteurs, alors assurez-vous qu'il n'y a rien qui puisse empêcher les moteurs de tourner.

Étape 2: Câblage de base

Connectez les moteurs du côté gauche entre eux, en parallèle. Faites de même pour les bons moteurs. Assurez-vous que les fils rouges du côté gauche sont regroupés avec les fils noirs du côté gauche, et de même pour le côté droit. Connectez un fil rouge aux deux fils ROUGES du côté droit. Connectez un autre fil rouge aux deux fils NOIRS du côté gauche (je sais, il semble en arrière sur le côté gauche, mais c'est pour tenir compte du fait que les moteurs opposés tournent dans la direction opposée.) Répétez l'opération pour les fils noirs. Assurez-vous de garder les fils pour les côtés regroupés. Assurez-vous également que les moteurs du côté GAUCHE sont inversés par rapport à la façon dont vous les câbleriez normalement.

Étape 3: connectez le pilote de moteur

Avant d'utiliser un pilote de moteur, vous DEVEZ savoir comment il fonctionne. SI VOUS LE BRANCHEZ MAUVAIS, VOUS POUVEZ DETRUIRE LE MICRO-CONTROLEUR ET/OU LE MOTEUR PILOTE !

Un pilote de moteur est un type de contrôleur de circuit isolé, ce qui signifie qu'il n'y a pas de connexion physique entre la zone d'alimentation du moteur et la zone de commande logique. La plupart des bons sont conçus pour éviter toute fuite électrique dans le microcontrôleur (qui pourrait l'endommager ou le détruire). J'en ai personnellement trouvé un comme ça, et juste à titre d'expérience, j'ai collé un dissipateur thermique dessus et l'ai branché. Le vendeur a déclaré que le conducteur était évalué pour 12V. Je l'ai branché sur 9V, et il a commencé à fumer. Il s'avère que la puce qu'ils ont utilisée n'était conçue que pour 3V !

Un driver de moteur dispose de 2 zones d'entrée: Les entrées de puissance et les entrées logiques. Il dispose également de deux zones de sortie: les côtés droit et gauche. Voici toutes les broches et ce qu'elles font:

• Les entrées logiques:

  • Ceux-ci prennent un signal logique de 3,3 V et l'utilisent pour contrôler les moteurs. Ne jamais connecter une haute tension à ces broches.
  • Connectez-les aux sorties logiques numériques du microcontrôleur.

• Les entrées de puissance:

  • La broche Power In, utilisée pour alimenter les moteurs. La quantité de puissance que vous mettez ici est la quantité de puissance que le pilote injectera dans les moteurs.
  • La broche GND, utilisée comme connexion à la terre commune. Utilisé à la fois pour l'alimentation et comme retour pour les entrées logiques. La broche GND est généralement câblée avec des diodes, afin d'éviter les fuites électriques dans les broches logiques et d'alimentation.
  • La broche 5V, utilisée pour alimenter certains types de moteurs. Il SORT 5 volts, alors ne le confondez pas avec une entrée d'alimentation. Tout ce qu'il faut, c'est une poussée de puissance dans la mauvaise broche de votre microcontrôleur pour le détruire instantanément et silencieusement.

• Les sorties:

  • 1A et 1B, pour un moteur ou un ensemble de moteurs.
  • 2A et 2B, pour l'autre moteur ou ensemble d'entre eux.

Un pilote de moteur vous permet de contrôler un moteur haute tension avec un signal logique basse tension. La raison pour laquelle il y a deux entrées par moteur est que vous pouvez également contrôler la direction.

Connectez les sorties 1A et 1B de votre pilote de moteur aux moteurs du côté droit. Connectez les sorties 2A et 2B aux moteurs du côté gauche (Rappelez-vous ! À L'ARRIÈRE !)

Installez la batterie du moteur quelque part à l'intérieur du châssis de votre robot et connectez-la à l'entrée d'alimentation de votre pilote de moteur, avec + à l'entrée d'alimentation et - à GND.

Si vous utilisez un module pré-assemblé, alors vous êtes bon.

Si vous n'utilisez qu'un circuit intégré, assurez-vous qu'il est correctement câblé et assurez-vous de mettre un dissipateur thermique dessus ! Ces puces chauffent beaucoup, c'est pourquoi la plupart des bons pilotes ont des dissipateurs thermiques.

Étape 4: Fixez le microcontrôleur

Attachez votre micro-contrôleur au robot. J'ai utilisé l'Arduino Uno Rev3. Connectez quatre sorties numériques du microcontrôleur à l'entrée logique du pilote de moteur. Connectez la broche de masse du microcontrôleur à la fente GND du pilote de moteur. Ne connectez pas la broche 5V du pilote du moteur au microcontrôleur ! Ceci est utilisé pour alimenter certains types de moteurs, pas comme entrée d'alimentation, et certainement pas pour un micro-contrôleur. Si vous faites cela, vous pourriez endommager le microcontrôleur. Vous ne devez connecter que les broches logiques et la broche de masse commune du pilote de moteur au microcontrôleur.

Ces connexions sont utilisées pour contrôler les moteurs, en utilisant les entrées logiques du driver.

Étape 5: Assurez-vous que tout va bien

Revenez en arrière et assurez-vous que tout va bien. Vérifiez votre câblage, assurez-vous que les moteurs gauches sont connectés à l'envers, assurez-vous que votre sortie 5V sur le microcontrôleur n'est pas connectée à la sortie 5V sur le pilote de moteur, et vérifiez tout autre problème. Assurez-vous que toutes vos vis sont bien serrées, que vos fils sont branchés, que vos moteurs ne sont pas bloqués et qu'aucun fil n'est cassé.

Si tout va bien, passez à l'étape suivante.

Étape 6: Installez la batterie

Insérez les batteries dans le châssis du robot. S'ils tombent, ils pourraient ralentir ou arrêter votre robot, alors assurez-vous de les fixer à l'intérieur du châssis. Utilisez un support de montage, de la colle ou collez-les simplement en place si vous prévoyez de les retirer souvent. Assurez-vous également que les connexions de votre batterie sont bonnes. J'ai eu une fois un robot qui refusait de bouger, et j'ai tourné en rond pendant des heures, vérifiant ma programmation, recâblant les moteurs et étant incapable de trouver le problème. J'ai même fini par acheter un nouveau microcontrôleur, seulement pour découvrir qu'un des fils de la batterie de mon moteur s'était desserré à l'intérieur du châssis. C'est un exemple parfait pour lequel vous devriez toujours vérifier d'autres problèmes avant de remplacer une pièce !

Étape 7: Attachez tout

Utilisez de petites vis de montage pour tout fixer solidement. Vissez le pilote de moteur et le microcontrôleur sur le châssis du robot et assurez-vous que les moteurs sont bien fixés. Assurez-vous également que la planche à pain est solidement fixée.

Utilisez des attaches ou de petits morceaux de ruban adhésif pour organiser vos fils. Vous n'avez pas besoin de le faire, mais cela améliore certainement l'apparence du robot et facilite le suivi de quels fils vont à quoi. De plus, si vous n'avez pas d'attaches ou si vous avez besoin de remplacer facilement les fils, vous pouvez les regrouper par couleur. Par exemple, vous pouvez utiliser des fils verts du microcontrôleur au pilote de moteur, des fils rouges pour l'alimentation, des fils noirs pour GND et des fils bleus du pilote de moteur aux moteurs.

Étape 8: programmer

Connectez le microcontrôleur à un ordinateur et programmez-le. Commencez simplement et ne vous submergez pas. Commencez par quelque chose d'aussi simple que de faire avancer le robot. Pouvez-vous le faire tourner? Aller à l'arrière? Tourner en rond ? Attention, la programmation demande beaucoup de patience, et prend généralement le plus de temps. Référez-vous au graphique ci-dessus.

C'est à vous!

Étape 9: Pièces jointes

Maintenant que vous avez configuré un robot simple, il est temps d'ajouter des fonctionnalités supplémentaires. Fixez un capteur à ultrasons pour permettre au robot d'éviter les obstacles. Ou un servomoteur, avec quelque chose de cool sur le dessus. Ou des LED clignotantes pour éclairer le bot. N'oubliez pas, c'est votre robot, alors c'est à vous de décider !

Étape 10: Vous avez terminé

Félicitations! Vous avez maintenant un robot fonctionnel ! Veuillez poster dans les commentaires si vous l'avez construit et quelles pièces jointes vous avez ajoutées.

En cas de problème, reportez-vous à l'aide au dépannage ci-dessous:

Le robot ne s'allume pas du tout

Vous savez que le robot est allumé parce que la plupart des pilotes de moteur et des microcontrôleurs ont des voyants qui indiquent qu'ils sont allumés. S'ils ne s'allument pas, alors:

• La batterie principale peut être faible ou vide. Si vous utilisez une batterie rechargeable, chargez-la. Si vous utilisez une batterie ordinaire, remplacez-la.
• Les fils peuvent être mal connectés. Vérifiez vos connexions. Un seul fil égaré peut couper l'alimentation de l'ensemble du robot.
• Les fils peuvent être cassés. Cela semble être quelque chose que vous ne vous attendriez pas à trouver, mais j'ai découvert que les fils cassés sont en fait assez courants. Recherchez une isolation cassée ou effilochée, de petites "aiguilles" métalliques dépassant des douilles de fil (lorsque la broche à l'extrémité du fil se détache et se coince) ou des fils fendus.
• Il peut y avoir un problème avec le pilote du moteur ou le microcontrôleur. Des défauts de fabrication peuvent empêcher les systèmes de s'allumer. Dans ce cas, remplacez le microcontrôleur ou le pilote de moteur. C'est le dernier recours, car les micro-contrôleurs et surtout les pilotes de moteur peuvent parfois être assez chers.

Le robot s'allume mais ne bouge pas

Si vous avez confirmé que le robot est allumé, mais qu'il ne bouge pas du tout, alors:

• La source d'alimentation du moteur peut être faible ou vide. Remplacez la batterie. D'après mon expérience, ces batteries s'épuisent assez rapidement, car il faut beaucoup de courant pour faire fonctionner les moteurs.
• Il peut y avoir un problème de câblage. Regardez la section ci-dessus et vérifiez les fils égarés ou cassés.
• Les moteurs peuvent être en court-circuit ou grillés. C'est assez courant, donc ça vaut la peine de chercher. Appliquez une alimentation directe aux moteurs et voyez s'ils bougent.
• Le pilote du moteur peut être endommagé. Vérifiez la tension aux sorties. Si la lumière sur le conducteur est éteinte, c'est un signe clair d'un appareil défectueux. ASSUREZ-VOUS DE VÉRIFIER TOUT LE AUTRE ! Mis à part le châssis, le pilote de moteur est généralement la pièce la plus chère d'un robot.
• Il peut y avoir un problème de programmation. Pour moi, c'est le problème le plus courant. Dans le langage C sensible à la casse (utilisé dans Arduino), une seule erreur peut ruiner tout votre programme. Python (le langage du Raspberry Pi) peut également avoir quelques problèmes.
• Le microcontrôleur peut être endommagé. Parfois, le signal logique n'atteint même pas le pilote du moteur (il y a une raison de ne pas sauter directement à la conclusion d'un mauvais pilote). Dans ce cas, remplacez-le simplement.

Le robot s'allume mais se déplace de manière anormale

Si le robot s'allume, mais commence à se déplacer de manière inattendue (par exemple, tourne en rond alors qu'il devrait avancer), alors:

• Il y a probablement un problème de câblage. VÉRIFIEZ D'ABORD ! Avez-vous pensé à câbler un côté à l'envers ?
• Il peut y avoir une erreur de programmation. Vérifiez votre code pour les problèmes.
• Parfois, un microcontrôleur endommagé peut devenir fou, envoyant à plusieurs reprises des signaux aléatoires. Si un microcontrôleur fait cela, alors ne vous embêtez pas à essayer de le réparer. C'est un signe clair d'une puce endommagée de manière irréparable, alors allez-y et remplacez le tout. Croyez-moi, ces puces sont fabriquées par des robots dans un laboratoire. Ils ne peuvent tout simplement pas être réparés par les humains.
• Un moteur peut être endommagé. Si un moteur ne tourne pas ou tourne à une vitesse plus lente, le robot « dérive » lentement d'un côté à mesure qu'il se déplace. Il y a trois façons de résoudre ce problème. Si vous le pouvez, augmentez simplement la tension de ce moteur spécifique pour l'amener à la même vitesse que tous les autres. Sinon, essayez de placer des résistances sur tous les moteurs, à l'exception du moteur endommagé. Cela ralentit les autres moteurs à la vitesse de celui endommagé. Enfin, vous pouvez simplement le remplacer. Les moteurs à engrenages des robots ont tendance à être assez bon marché, généralement à 2-3 dollars. Comparez cela à un conducteur de moteur, qui peut coûter entre 10 et 200 dollars.

Si le robot ne répond pas aux capteurs

Si le robot s'allume et se déplace normalement, mais n'écoute pas les capteurs ou ne répond pas correctement, c'est presque toujours l'une des deux choses suivantes.

• Il y a probablement une erreur de programmation. Les capteurs doivent être soigneusement calibrés et programmés. Une fois, j'ai fait tourner un robot de manière incontrôlable, pour découvrir que je l'ai accidentellement réglé pour qu'il tourne lorsqu'il voit quelque chose à moins de 100 mètres au lieu de 100 centimètres. Il voyait constamment les murs, le faisant tourner constamment.
• L'autre problème le plus courant est un mauvais câblage. Même un fil manquant peut rendre le capteur non fonctionnel.

Pour toute autre aide, consultez les sections ci-dessus ou recherchez sur Google le problème spécifique que vous rencontrez. En outre, vous pouvez me contacter à [email protected] si vous avez des questions.

Merci de le commenter !