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Bras robotique sur drone


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24 réponses à ce sujet

#1 AsKman

AsKman

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Posté 19 mars 2017 - 09:10

Bonjour,

j'ai en projet de construire un drone, à ceci prêt que j'aimerai lui incorporer, en dessous, un bras mécanique articulé pour prendre et déposer des objets légers (de 50g à 300/400g).

J'ai déjà déterminé les caractéristiques du drone (elles peuvent encore varier mais si je reste dans la configuration actuelle, cela m'arrangerai) pour que ce dernier puisse soulever un bras robotique (BR*) de 0.8kg environ. Ce poids est inspiré d'une pince robotique à vendre dont les caractéristiques me semble intéressantes comme base d'approche (lien en fin de post).
Le BR* devra détecter une forme d'objet pré-définie, appréhender cet objet, se mettre en position verticale, puis relâcher l'objet.

 

N'ayant aucune connaissance dans le domaine de la robotique (électronique et programmation), serait-il possible, dans un premier temps, de m'orienter vers les termes/notions/fonctions/composants de bases à savoir en rapport avec la fabrication d'un BR*?

Armé de ces nouveaux acquis, je pourrai parler techniquement et rentrer dans le vif du sujet plus facilement avec vous! :ignat_02:

 

Merci d'avance pour vos suggestions! :thank_you:

 

Bras robotique pris en exemple:
http://www.robotshop...no-braccio.html



#2 Oracid

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Posté 20 mars 2017 - 07:09

A mon avis, ce type bras est beaucoup trop lourd pour un drone. Et puis quand le bras touchera l'objet, une poussé inverse soulèvera le drone qui se crashera.
Voici une pince légère, mais qui ne résout pas le problème de la contre poussé. Et plus bas, la pince de grue qui est la bonne solution, je pense.




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#3 Mike118

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Posté 20 mars 2017 - 07:27

plutôt qu'un bras, un grappin, c'est une chose qui se fait bien ;) Je te laisse regarder ce qui se fait pour ce genre de chose =) 


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#4 Oracid

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Posté 20 mars 2017 - 07:34

plutôt qu'un bras, un grappin, c'est une chose qui se fait bien ;)

Je cherchais le terme juste sans le trouver. Oui, un GRAPPIN ! C'est la solution utilisé par les hélicoptères.
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#5 Telson

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Posté 20 mars 2017 - 08:10

Une pince très classique qui serre un objet en fonction de son poids. Autrement dit en fct° du poids de l'objet la pince exercera  un serrage proportionnel et ainsi l'objet ne pourra pas glisser dans la pince et il n'y à pas d'actionneur dans cette pince.....pince auto-serrante :

 

image018.gif



#6 AsKman

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Posté 20 mars 2017 - 12:17

Bonjour et merci à vous trois pour vos remarques enrichissantes :)

 

A mon avis, ce type bras est beaucoup trop lourd pour un drone.

J'ai pris en compte un surplus de poussée pour les moteurs du drone. Ce dernier peut soulever une charge (BR*+objet) de 1.7kg tout en ayant encore une réactivité nécessaire pour faire face aux facteurs extérieur (vents...).
De plus, il existe déjà ce type de drone munis de BR*

Exemple:
à 3min40sec



Je me tourne plutôt vers un mélange de BR* que l'on voit dans la 2ème et 3ème vidéo.
Avantage de BR* dans la 2ème vidéo: prise de l'objet au plus proche du centre de gravité du drone donc une diminution de variation de la poussée des moteurs.
Avantage de BR* dans la 3ème vidéo: articulation du bras plus flexible avec un souplesse dans les différentes façons de prendre l'objet.

 

 

@ Mike118 et @ Telson
L'association de vos deux propositions (grappin + pince auto-serrante) peut former une très bonne solution!

Cependant, si je me tourne vers l'option BR*, c'est que la stabilité du drone seul sur les axes z et x,y (altitude hold et position hold), ne permet pas à l'heure actuelle une précision suffisante pour attraper de petits objets en me contentant de faire descendre uniquement à la vertical un grappin (à moins que l'on puisse diriger le grappin?).

Plus globalement, le drone dispose d'une certaine précision de positionnement dû aux performances de son gps et à sa capacité à réagir aux facteurs extérieurs (voir lien ci-dessous). On remarque dans la vidéo que malgré une stabilité impressionnante, elle reste relative. Pour compenser ces légères inexactitudes de positionnement, cela serait ensuite au BR*, situé sur une nacelle gyro-stabilisée, de corriger les dérives du drone pour attraper l'objet puisqu'il disposerait d'une réactivité et d'une précision accrue.


Lien d'exemple de stabilité:



#7 Bobox

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Posté 20 mars 2017 - 03:22

Dans le cote pure grapin, j'avais deja vu cette merveille de mecanique :



#8 Oracid

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Posté 20 mars 2017 - 07:28

J'avoue être très impressionné par ces vidéos.
Du coup, le pantographe de ma première vidéo, n'est peut-être pas une si mauvaise idée.
J'adore le mécanisme du pantographe ! L'avantage, c'est le rapport entre le volume (ou la longueur), plié et déplié.
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#9 AsKman

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Posté 21 mars 2017 - 10:35

Le pantographe présente effectivement des avantages (simplicité de mise en place, rapport poids/distance de prise, rigidité) et des inconvénients (prise de l'objet uniquement verticale, dépendance du placement relatif du drone).

 

Cependant, comme indiqué dans mon message précédent, un système travaillant uniquement sur l'axe z (vertical) ne permet pas de compenser/corriger les erreurs de positionnement du drone sur les axes x et y pour prendre de petits objets (4 à 5cm de long par exemple).

Hormis la rigidité selon l'axe vertical le différenciant du grappin, cette impossibilité de compensation/correction est flagrante dans la vidéo de @ Bobox à 6min35sec.
Ce qui peut expliquer, je pense, que les drones du message #6 disposent tous d'un/plusieurs bras intelligents travaillant suivant plusieurs axes.

En tout cas merci pour ta bonne idée @ Oracid car elle pourra sans nul doute inspirer d'autres personnes qui liront ce Sujet et qui n'auront pas les contraintes de précision qui sont les miennes ;)



#10 Oracid

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Posté 21 mars 2017 - 10:47

Oui AsKman, tu as de bons arguments.

Mais tiens, tu me donnes une idée !
Non, non, j'ai pas le temps ...
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#11 Oracid

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Posté 21 mars 2017 - 10:51

Sinon, quelque chose comme ça ?


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#12 Donovandu88

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Posté 21 mars 2017 - 11:29

Vraiment cool ton projet!

Pour ce qui est de la programmation de ton bras, en fessant un moi-même, je me suis tourné vers la Cinématique Inverse pour n'avoir que la position de la pince à déterminer en X,Y et Z. Le robot se charge lui-même de calculer les angles des différentes articulations.

De cette manière tu pourra faire interagir ton bras et ton drone en fonction des différentes positions. Si la position du drone change à cause du vent, la pince restera en place à condition que tes calculs prennent en compte les coordonnées à la fois du drone et du bras robot.



#13 AsKman

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Posté 21 mars 2017 - 05:33

@ Oracid
Ton idée en message #11 se rapproche de celle que j'avais en tête lors de la conception du drone ;). Sauf que je ne souhaite avoir que 2 "rotules" si possible avec plus de libertés de mouvement entre-elles que celles de la vidéo.

Pensez-vous que 3 rotules (dessin ci-dessous) améliore la précision de préhension? Quid de la différence de poids dans ce cas là?

@ Donovandu88,
Je crois que tu as saisis mon problème ^_^
N'ayant pas de connaissances en électronique et programmation, quelles sont les bases que je dois acquérir avant de me lancer dans la réalisation d'un BR* avec la méthode de cinématique inversée?
- connaitre le fonctionnement d'Arduino?
- le fonctionnement d'un servomoteur?
- la trigonométrie 3D?
- ...?

Image(s) jointe(s)

  • Bras rototique 3 rotules.jpg


#14 Donovandu88

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Posté 21 mars 2017 - 07:34

Tu te lances dans un sacré projet si tu dis ne pas avoir beaucoup de connaissances en électronique et programmation.

J'ai acquis la cinématique inverse grâce à :

Bras robotisé 5 servomoteurs avec pince

Le cours de math qui permet de comprendre la chose

 

J'ai imprimé le PDF et refais tous les calculs pour comprendre. J'ai ensuite appliqué tous ça sur un petit bras :

IMG_20170309_143504.png

 

Donc, oui, maîtriser les bases en Arduino (si tu en utilises un)



#15 Leon

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Posté 21 mars 2017 - 07:56

Perso, ce qui m’inquiète sur ce projet, ça n'est pas le poids du bras, ni sa cinématique inverse. Ce sont des sujets assez simple...

 

Non, ce qui m'inquiète, c'est la précision de positionnement du drone dans l'espace. Si on veut un bras à plein de degrés de liberté, c'est qu'on veut faire des mouvements précis, faire des manipulations minutieuses.

 

Et localiser/positionner/asservir un drone dans l'espace, c'est tout sauf simple. Si tu as comme dans les vidéo ci dessus un système de motion capture à infra rouge à plusieurs dizaines de milliers d'euros (c'est que tu es riche), le travail sera plus facile, mais ça ne sera pas trivial.

 

Si tu n'as pas ça, alors à mon avis, ton plus gros problème sera réellement le positionnement 3D de ton drone dans l'espace.

 

Si tu veux un drone comme le PixHawk avec uniquement des capteurs sur le drone, il faudra que ton drone puisse localiser en 3D les objets à saisir avec précision, et avec un temps de rafraichissement élevé. Tu comptes faire ça comment? Par caméra stéréoscopique + analyse d'image en temps réel?

 

Tes travaux actuels, tu les fais tout seul? Ou alors c'est un sous projet d'un projet plus grand?

 

Leon.


BOB4, mon drone hélicoptère autonome d'intérieur http://heli.bot.free.fr/
BOB3, mon robot autonome d'intérieur avec WiFi + Foxboard Linux http://ze.bot.free.fr/
BOB5, robot bipède simulé, puis tentative de réalisation (fail)


#16 AsKman

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Posté 21 mars 2017 - 10:23

@ Donovandu88
Merci pour tes pistes encourageantes. J'ai regardé ce matin même le PDF que tu me conseilles sur la géométrie, il est très explicite. Par contre, le lien sur la cinématique inversée, je le met "de coté" pour l'instant en attendant d'avoir compris les bases sur Arduino.

Il est joli et super chouette le bras que tu as réalisé! Je suis impressionné! :clapping:


@ Leon
Mon objectif final est de réaliser un drone capable en toute autonomie de:
- chercher un objet de forme pré-définie (étape1)
- saisir cet objet (étape 2)
- retourner à la base et le déposer (étape 3)
Vous avez très justement raison de souligner la difficulté des 2 premières étapes et plus particulièrement, selon vous et je suis d'accord avec vous, la première.
Par conséquent, je vais essayer de réaliser cet objectif final petit à petit.

La Pixhawk n'est pas un drone mais un contrôleur de vol. C'est par ailleurs celui que j'ai choisi et qui s'occupera spécialement du drone.
Il est possible via ce contrôleur, de pré-programmer une mission de vol (Mission Planner).
Je pense programmer le drone en lui disant où se positionner et pour combien de temps pour se trouver au dessus de l'objet .

- Le drone part en direction de la position indiquée et se place au dessus de l'objet (étape 1bis)
- Un système à webcam proche de celui que l'on voit dans la vidéo du lien (ci-dessous) saisit l'objet (étape 2)
- Le drone rentre à la base et dépose l'objet (RTH) (étape 3).


http://www.mon-club-...eTrackingBallxy
(le même que celui de @ Donovandu88)



#17 Donovandu88

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Posté 22 mars 2017 - 04:42

La théorie est facile mais comme l'a dit Léon, placer le drone a l'endroit voulu ne va pas être évident.



#18 Leon

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Posté 22 mars 2017 - 07:39

@AsKman, est-ce que tu as bien conscience que:

 

* vu que ton drone bouge tout le temps (même s'il bouge légèrement), tu devras ajuster en temps réel la position 3D du bras. Rien d'impossible, bien évidemment, mais c'est plus complexe que juste déterminer une fois pour toutes

 

* les mouvements du bras vont sans doute perturber le drone. Beaucoup plus qu'une nacelle avec appareil photo par exemple, vu que le centre de gravité d'une nacelle varie très peu. Du coup, tu auras 2 asservissements temps réel qui vont potentiellement se perturber mutuellement (asservissement du drone et asservissement du bras). C'est pas simple à gérer, et il est facile de faire des asservissements "auto oscillants" dans ces conditions. Il y a des méthodes pour éviter ça, et notamment mettre des dynamiques (temps de réponse) très différents entre les 2, ou alors mettre un bras très léger par rapport au reste du drone.

 

* la vidéo que tu donne en exemple nous montre un cas d'école assez simple : bras fixe par rapport au sol. Il suffit d'avoir une position de 2D de l'objet à saisir, la profondeur est constante, l'objet est toujours à la même "altitude" par rapport au bras. Dans le cas du drone, la profondeur pourra varier, donc il faudra estimer en temps réel la position de l'objet par rapport au drone en 3D, c'est plus complexe. Je ne sais pas comment tu comptes faire ça. De la stéréovision avec 2 caméras?

 

Bref, ça n'est pas si simple.

C'est sans doute faisable, mais pas simple.

Je suivrais avec intérêt tes avancées. N'hésites pas si tu as besoin de conseil.

 

Leon.


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#19 Ulysse

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Posté 22 mars 2017 - 09:46

Vu la necessite d'un positionnement de (très grande ) précision, c'est bien évidemment un sujet que je vais suivre avec attention! Hâte de voir en action le matériel à mettre en oeuvre pour y parvenir.

#20 AsKman

AsKman

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Posté 22 mars 2017 - 10:26

Pour moi, en tant que néophyte je le rappel, je vois l'Arduino diriger l'ensemble du système et la Pixhawk en tant qu'"adjoint" dédié au drone.

Je pense que les rôles se répartissent ainsi:
L'Arduino (ou moi via Mission Planner) rentre les coordonnées GPS de l'objet dans la Pixhawk.
- Pixhawk dirige le drone vers les coordonnées GPS acquises
- Validation des coordonnées GPS au dessus de l'objet: Arduino dicte au BR* d'attraper l'objet pendant que Pixhawk stabilise au mieux le drone.
- Validation de la prise de l'objet: Pixhawk ramène le drone à la base (coordonnées GPS pré-enregistrées)
- Validation des coordonnées GPS de la base: Arduino libère l'objet
C'est comme ça que j’entends répartir les tâches en les deux cartes :)

@ Leon
Pour votre premier et troisième point:
Comme vous le soulignez dans la vidéo de la prise de balle, il y deux différences notables par rapport à mon cas: la hauteur z fixe et la position x,y fixe du bras qui permet de réaliser UN seul calcul.
Dans mon cas, l'altitude z et les coordonnées x,y de l'objet varie dans le repère ce qui entraine une MULTITUDE de re-calcul avant d'atteindre l'objet.

1) Concernant la hauteur (l'objet sera sur une surface plane), je pense me tourner vers deux idée
- soit je confie l'acquisition de la hauteur au baromètre + GPS du drone qui informe l'Arduino
- soit j'installe un système ultrason pointant vers le bas qui informe l'Arduino
2) Pour les coordonnées x,y:
- une webcam pointant vers le bas détermine les coordonnées x,y de l'objet

L'acquisition de l'altitude et des coordonnées sont envoyées simultanément à Arduino qui met à jour la position de l'objet.

 

Concernant l'ajustement en temps réel, j'ai comparé les cartes Arduino et Raspberry Pi afin de connaitre leurs performances. Voici un petit tableau comparatif (image ci-dessous, je n'ai pas la date de ces informations...). N'est-il pas plus judicieux de se tourner vers Raspberry (notamment par rapport à la vitesse d'horloge?)
J'aimerai savoir si il est possible, quasi en "temps réel", de faire avancer le bras pendant que l'Arduino re-calcul et met à jour la nouvelle position de l'objet?

Image(s) jointe(s)

  • Arduino vs Raspberry Pi.png





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