Optimisation robot roulant suiveur de ligne

Le fil de discussion sur la compétition de robots roulants à Toulouse m'a donné envie d'explorer les problématiques rattachées. A la base je voulais aussi tester les performances du testeur de ligne offert par la caméra Pixy 2. L'idée est de suivre le plus vite possible, avec la mécanique lego, une ligne sur un parcours (ligne droite + virage serré par exemple), en m'inspirant du tracé de la compétition à Toulouse. Mes premiers essais ont donné des résultats pas forcément prévisibles en terme de comportement du robot. Je change alors un peu la nature de mon projet, je me lance dans un plan d'expérience.

Sur la base du robot que j'ai construit (lego EV3, largeur 25 cm, longueur 35 cm, poids 1 kg), avec une caméra Pixy2 et un détecteur infrarouge pour stopper le véhicule avant qu'il ne s'emplâtre contre un mur.

je vais faire une étude précise des performances en faisant varier les paramètres suivants:

* Type de roues (3 modèles testés, diamètres, largeur et gommes différentes)

* Suspension souple ou dure

* 2 ou 4 roues motrices

* Couple/vitesse avec deux démultiplications x3 et x5 à partir du moteur lego de vitesse 175 tours/mn et couple 43 N.cm

Ce qui fait 24 cas de mesures différents à tester en ligne droite puis en chicane avec le suivi de ligne en rajoutant une variation sur l'empâtement des roues avant.

Le banc de mesure est composé de 3 capteurs ultrasons reliés à une 2ème brique EV3 qui va déclencher le départ du véhicule par bluetooth puis  mesurer les temps de passage sur 3 points, le tout sur distance de 5m (manque de place pour faire plus long). Les mesures seront répétées plusieurs fois et stockées afin de transférer les fichiers pour analyse dans excel. J'ai testé ce banc de mesure , il est très fiable et reproductible, mesures faites plusieurs fois sur la même configuration.. L'intérêt c'est que je ne touche jamais le véhicule, tout est géré à distance, donc pas de variation introduite par une manipulation.

L'idée est non seulement de voir l'impact des paramètres indépendants mais aussi de voir l'impact des paramètres associés entre eux et leurs interactions.

Bonjour à tous

Pour mon optimisation, j'ai effectué 5 mesures pour chacune des  24 combinaisons différentes. La petite différence avec mon post précédent est que j'ai testé 2 empâtements différents, plutôt que les deux trains d'engrenage dont le résultat était évident. Avec l'un j'obtiens une vitesse de pointe théorique de 16.4 km/h et l'autre de 9.8 km/h (avec roue de diamètre 100mm), ce qui est insuffisant pour mes tests de suivi de ligne avec la pixy2.

En résumé voici les résultats de ces 120 mesures, dont certains sont évidents, mais cela me permet de mettre des chiffres et de configurer un véhicule optimum pour le suivi de ligne à "grande vitesse".

Je me suis intéressé à la vitesse atteinte au bout de 5m (je ne parle pas de la vitesse moyenne sur les 5 premiers mètres), et à l'accélération tous les mètres pour évaluer une vitesse de pointe sur une plus longue distance (je ne dispose pas d'un couloir de 50m...  )

* Le diamètre de roue en passant de 80mm à 100mm fait gagner 0.4 km/h à 5m.

* La largeur de roue diminuant de 37mm à 22mm ne change rien à 5m, mais sur la moyenne des 5 premiers mètres permet de gagner 0.4 km/h

* Les suspensions "souples" permettent de gagner 0.3 km/h à 5m

* L'empâtement des roues avant ne change rien

* Le passage à 4 roues motrices fait gagner 4 km/h à 5m, c'est évidemment le facteur le plus important qui joue beaucoup sur le démarrage.

A noter que je n'ai pas statistiquement discerné des paramètres dépendants les uns des autres. 

Je peux ainsi déterminer ma configuration idéale, rapport d'engrenage x 5, 4 roues motrices, suspension souple, roues de diamètre 100mm et de largeur 22mm. La vitesse atteinte au bout de 5m est de 10.3 km/h avec une accélération de 0.35m/s² ce qui suppose que je n'ai pas atteint la vitesse de pointe, qui devrait se situer aux environ de 13 km/h

Je peux ainsi tester les performances du mode suivi de ligne de la caméra pixy2 à ces vitesses, entre 10 et 13 km/h. 

Pour l'instant ma caméra pixy2 a un bug, l'éclairage qui fonctionne parfaitement en mode autonome, ne fonctionne pas en mode programmation dans l'EV3, je suis en contact avec le fabriquant pour tirer au clair ce problème; L'éclairage de la ligne est nécessaire pour s'affranchir des variations de lumière extérieure.

Si cela ne fonctionne pas, mon bilan de test du mode suivi de ligne de la pixy2 sera vite fait...

Tu peux pas aller plus vite qu'à 13 Km/h avec des lego ?  
Aller je suis sûr que tu peux trouver le moyen de faire plus ! Au moins le double allez  voir même le triple !  

ce serait intéressant de voir la vitesse maximale atteignable au bout de 5m. Car on peut avoir une excellente vitesse de pointe mais pas assez d'accélération pour l'obtenir, ou au contraire un bonne accélération mais une faible vitesse de pointe. Bref, si la puissance P du moteur est fixe, on ne pourra jamais dépasser un certain seuil au bout d'un temps t : v_max(t)=racine(2*P*t/m).

Après, dans la vrai vie, la puissance mécanique du moteur n'est pas indépendante de la vitesse, mais si on prends la puissance max, ça donne déjà une borne supérieure (@pmdd : est-ce que la puissance de ton/tes moteurs est connue)?

Tu peux pas aller plus vite qu'à 13 Km/h avec des lego ?  
Aller je suis sûr que tu peux trouver le moyen de faire plus ! Au moins le double allez  voir même le triple !

Si je peux, en vitesse de pointe sans problème, mais mon objectif était d'aller le plus vite possible au bout de 5m , ce qui correspond à l'aire de test à ma disposition pour tester la pixy cam.

ce serait intéressant de voir la vitesse maximale atteignable au bout de 5m. Car on peut avoir une excellente vitesse de pointe mais pas assez d'accélération pour l'obtenir, ou au contraire un bonne accélération mais une faible vitesse de pointe. Bref, si la puissance P du moteur est fixe, on ne pourra jamais dépasser un certain seuil au bout d'un temps t : v_max(t)=racine(2*P*t/m).

Après, dans la vrai vie, la puissance mécanique du moteur n'est pas indépendante de la vitesse, mais si on prends la puissance max, ça donne déjà une borne supérieure (@pmdd : est-ce que la puissance de ton/tes moteurs est connue)?

C'est bien ce dont le parle, de la vitesse maximale atteinte au bout de 5m, avec le matériel à ma disposition. Après , non je ne connais pas les caractéristiques qui me permettraient de la calculer en théorie. Ce qui m'intéresse c'est de l'optimiser en réel pour tester ma pixy2.

Ce qui a été intéressant dans mes mesures c'est de mettre des valeurs sur les écarts. Et j'ai été surpris de voir l'impact de la suspension, plus favorable quand elle est souple alors que le "terrain" est parfaitement lisse et plat (parquet)