Ce dont vous avez besoin pour construire votre propre robot autonome

Avez-vous déjà voulu construire votre propre robot ? Ce n'est pas aussi difficile que vous pourriez le penser, que ce soit en utilisant un kit ou une gamme de composants électroniques standard.

Le principal obstacle est de naviguer dans le nombre ahurissant d'options disponibles pour construire un robot à roues, y compris son microcontrôleur, son châssis, ses moteurs et ses capteurs. L'option la plus simple est d'acheter un kit robot complet, mais si vous souhaitez créer un robot sur mesure, nous vous expliquons pas à pas les principaux choix à faire.

1. Microcontrôleur / SBC

Votre robot aura besoin d'un « cerveau » électronique pour contrôler toutes ses fonctions, y compris le mouvement. Deux des options les plus populaires sont le Raspberry Pi et l'Arduino.

Le Raspberry Pi est un ordinateur monocarte (SBC) avec un microprocesseur Arm qui peut exécuter un système d'exploitation Linux complet. Le principal avantage pour la construction de robots est qu'il est plus puissant qu'un microcontrôleur comme un Arduino, ce qui vous permet d'exécuter des programmes plus complexes. C'est idéal pour la reconnaissance faciale et d'autres formes d'IA, vous pouvez donc créer un robot vraiment intelligent.

Un autre avantage est que vous pouvez le programmer dans à peu près n'importe quelle langue. L'un des plus populaires pour la robotique en Python, qui est moins intimidant que C pour les débutants en codage.

Arduino UNO

Un Arduino, en revanche, est idéal pour les projets de robotique plus simples. En plus d'être généralement moins coûteux, il utilise moins d'énergie, il faut donc plus de temps pour vider une banque d'alimentation portable ou une batterie.

Alors qu'il est normalement programmé en C à l'aide de l'IDE Arduino sur un ordinateur, il est possible d'utiliser un IDE graphique appelé Xod pour contrôler les robots Arduino.

D'autres microcontrôleurs conviennent également à la robotique, notamment Teensy, BeagleBone, micro:bit et Raspberry Pi Pico.

2. Châssis

Châssis pour robot à deux roues

Pour votre robot à roues, vous aurez besoin d'un châssis pour former son corps, abriter l'électronique et monter les moteurs (à l'aide de supports).

Il existe de nombreux kits de châssis disponibles, en différentes tailles et matériaux, généralement pour les robots à deux ou quatre roues, parfois six roues. La plupart sont de simples plates-formes pour le montage de l'électronique et des moteurs ; des options plus coûteuses peuvent inclure un système de suspension.

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Alternativement, vous pouvez construire votre propre châssis de bricolage sur mesure, à partir de matériaux tels que le plastique, le métal, le bois, les briques Lego ou même le carton. Une considération importante est la robustesse que vous voulez que votre robot soit. Si vous devez faire face à des terrains difficiles, vous aurez besoin d'un châssis plus durable.

3. Moteurs

moteur électronique pour robot

Pour faire bouger votre robot, vous aurez besoin de moteurs. Pour un robot à roues, il s'agira de moteurs à courant continu standard qui, contrairement aux servomoteurs ou aux moteurs pas à pas, tournent librement à grande vitesse.

Certains moteurs sont équipés d'une boîte de vitesses intégrée pour augmenter le couple et entraîner des charges plus lourdes. Vérifiez le rapport de démultiplication (ou de démultiplication) : plus il est élevé, plus le couple est élevé et plus la vitesse diminue. Des ratios plus élevés sont recommandés pour les projets débutants.

Si vous avez besoin d'une lecture et d'un contrôle précis de la vitesse du moteur, vous avez également la possibilité d'ajouter un codeur de vitesse magnétique ou optique à chaque arbre du moteur, qui renverra les données à votre microcontrôleur.

La vitesse de chaque moteur est généralement contrôlée par PWM (modulation de largeur d'impulsion), qui consiste à envoyer un flux d'impulsions marche-arrêt numériques : plus il y a d'impulsions dans un cycle, plus il tourne vite.

4. Conducteur de moteur

Carte pilote de moteur Moto Zero

Vous ne pouvez pas connecter des moteurs à courant continu directement à votre ordinateur monocarte ou à votre carte à microcontrôleur, car ces derniers ne pourront pas fournir suffisamment d'énergie aux moteurs et vous risquez d'endommager la carte.

Au lieu de cela, vous aurez besoin d'une carte pilote/contrôleur de moteur connectée entre les moteurs et votre microcontrôleur, ainsi qu'à la source d'alimentation. Les cartes de pilotes à faible coût sont souvent basées sur une puce de pont en H à double canal L298N ou DRV8833. Le nombre de canaux détermine le nombre de moteurs pouvant être contrôlés indépendamment, vous aurez donc besoin de plus de canaux (et de pilotes) pour 4WD ou 6WD.

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Bien qu'il soit possible pour une personne ayant des connaissances en électronique de construire son propre pilote de moteur à pont en H, il est plus facile d'acheter une carte de pilote. Il existe de nombreux HAT disponibles à monter sur le Raspberry Pi, et un Motor Shield dédié pour Arduino.

Un facteur clé lors du choix d'un pilote de moteur est de s'assurer qu'il peut gérer la tension requise par les moteurs, ainsi que leur courant de fonctionnement continu. Si vous ne trouvez pas ce dernier dans les spécifications des moteurs, il est généralement inférieur de 20 à 25 % au courant de décrochage. Le courant maximal du pilote de moteur doit être environ le double du courant continu des moteurs.

5. Roues

Roues de robot Pololu

Naturellement, ceux-ci sont essentiels pour un robot à roues ! Un simple robot à deux roues est plus facile pour les débutants, avec généralement une petite roulette, une roue ou un patin non motorisé à l'avant pour l'aider à maintenir l'équilibre.

Un robot à quatre roues est la prochaine étape, offrant une stabilité et un contrôle supplémentaires. Si vous voulez un contrôle indépendant de chaque moteur/roue pour un vrai 4WD, vous aurez besoin de deux puces de pilote de moteur à double canal sur votre carte. Alternativement, vous pouvez utiliser un seul pilote pour contrôler deux moteurs sur chaque canal, à condition qu'il dispose d'une capacité de courant maximale suffisante pour tous les gérer.

Pour les terrains hors route, vous voudrez peut-être même monter jusqu'à six roues, mais vous aurez besoin d'un châssis plus long pour les accueillir. Vous pouvez ajouter des chenilles pour une meilleure adhérence, ou même un système à bascule comme sur le rover Perseverance Mars de la NASA.

Bien qu'il soit possible d'avoir des roues orientables utilisant des servos pour les faire tourner ainsi que leurs moteurs, la méthode la plus courante pour diriger un robot consiste simplement à faire tourner les roues d'un côté plus rapidement que l'autre.

Une autre option intéressante consiste à utiliser des roues Mecanum, dont les rouleaux spéciaux leur permettent de se déplacer latéralement lorsque les quatre roues tournent selon un certain schéma. Idéal pour le stationnement en parallèle !

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6. Puissance

Support de batterie 6xAA

Avoir votre robot attaché à une prise de courant serait un peu limitant, vous aurez donc besoin d'une source d'alimentation portable. Il existe deux méthodes principales :

  1. Utilisez des sources d'alimentation séparées pour les moteurs et l'électronique.
  2. Utilisez une seule source d'alimentation connectée aux deux via un BEC (circuit d'élimination de batterie). Votre carte de commande de moteur peut inclure un BEC.

Quelle que soit l'option que vous choisissez, les sources d'alimentation possibles incluent les banques d'alimentation USB, batteries (par exemple 4x AA) et batteries LiPo. Assurez-vous simplement que vous fournissez les tensions et les niveaux de courant corrects. De nombreuses cartes de commande de moteur offrent une protection contre les surintensités et les inversions de polarité.

7. Capteurs

Capteur de distance à ultrasons

Bien qu'il soit possible de programmer votre robot pour qu'il se déplace selon un schéma défini ou le contrôle manuellement à partir d'un appareil distant, l'ajout de capteurs lui permettra d'agir de manière autonome.

Un capteur de distance à ultrasons, tel que le HC-SR04, permettra au robot de détecter un mur ou un autre obstacle devant lui afin qu'il puisse prendre des mesures d'évitement.

Faire en sorte qu'un robot suive un chemin sur le sol est une autre option populaire. Un ou plusieurs capteurs de suivi de ligne IR montés à l'avant lui permettent de détecter une ligne sombre sur le sol et de se diriger le long de celle-ci.

Vous pouvez même donner des « yeux » à votre robot avec l'ajout d'une petite caméra. Les images peuvent être interprétées à l'aide d'une bibliothèque de vision par ordinateur telle que OpenCV pour détecter des objets ou même des visages.

Construisez votre propre robot autonome : succès

Vous avez maintenant un aperçu de la façon de construire votre propre robot à roues. Nous espérons qu'il vous a inspiré pour faire votre première incursion dans le monde merveilleux de la robotique. Une fois que vous avez construit votre premier robot, vous voudrez peut-être en créer un autre, comme un avec des jambes ou un bras robotique.

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