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[Projet Rover 2WD] Mon robot de surveillance mobile et télécommandé

Arduino Raspberry PI3 MIT Inventor 2 Rover UGV Robot mobile PID

268 réponses à ce sujet

#1 gerardosamara

gerardosamara

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Posté 27 mars 2016 - 07:08

Bonjour ,
 
Mon projet est d'avoir un robot de télésurveillance pilotable à distance à l'aide de mon smartphone ou à partir du controlleur domotique en cas d'intrusion par exemple pour aller dans la zone du détecteur de mouvement qui a été activé .
 
La solution technique est basée sur une carte Raspberry PI3 + Arduino Mega2560 et un chassis à 2 roues motrices + une application Android créée avec MIT Inventor 2 comme interface de commande du robot via Wifi .

Les IDE  Arduino et Python sont utilisés pour le développement du robot.
 

La version 2 en cours du robot comprend  :

 

- Un nouveau chassis Makeblock à 2 roues motrices + 1 roue folle arrière

- Une carte Raspberry PI3 + Arduino Mega2560

- Deux motoréducteurs GM25-370CA avec encodeur en 3.3V + roues

- La meme app Android MIT Inventor2 avec retour video pour piloter le robot par Wifi

- Une batterie Lipo 3S 11.7V et 2200 mAh

- Un raspberry PI3 + Arduino Mega + shield moteur Arduino

- Un convertisseur 5A 12V-5V équipé  d'1 sortie 12V pour le driver moteurs et de 4 sorties 5V pour RPI3 , capteurs de distance

- Une Caméra Pi V2 NoIR pour vision nuit montée sur un servo pour balayage horitontal pour retour vidéo et détection de mouvement avec "motion"

- Un capteur ultrason SRF05 pour détection obstacles à l'avant du robot

- Un 2ème capteur ultrason HC-SR04 pour détection obstacles à l'arrière du robot

- Pilotage du robot en mode distant , en complément du mode local

 

Reste à faire :

 

- Odométrie et correction de trajectoire par odométrie

- IMU Centrale inertielle MPU-650

- L'estimation de position du robot par odométrie + IMU

- Télémètrie ( distance capteur ultrasons  , tension batterie , Intensité consommé .....) vers l'app smartphone Android et vers la domotique

- Poste recharge autonome batterie

- L'intégration du robot en wifi avec le logiciel domotique Domoticz pour navigation autonome en cas d'intrusion détectée par un capteur de détection de mouvement

- Une page dashboard sur l'application domotique pour affichage de données dans un dashboard (caméra,tension et courant batterie , courant moteurs , log , ...)

 

 

La version 1 du robot comprenait ( démonté ) :

 

- Un chassis de test à 2 roues motrices + 1 roue folle à l'arrière
- Un module Wifi du Raspberry PI3 pour la connexion sans fil au réseau local ou internet .
- Un écran LCD 16x2 I2C pour affichage d'informations textuelles (sera remplacé par un serveur web sur le PI)
- Un shield moteur Arduino pilote les 2 motoréducteurs Polulu HP994 couplés à une paire de roues de 80mm de diamètre
- Un capteur ultrason SRF05 pour détection distance & obstacles à l'avant du robot
- Une caméra USB connectée sur le Raspberry et montée sur un servomoteur pour retour vidéo et détection de mouvement avec "motion"
- Une application Android maison créée avec MIT Inventor 2 comme interface de commande du robot via Wifi
- La surveillance de la tension batterie et du courant moteur pour arret d'urgence
- L'intégration avec le controleur domotique  via WiFi

 

Idées pour la version 3 du robot
 
Chassis rover à 4 roues

Eventuellement Monter/descendre un escalier ( impact chassis à roues )

Mise en veille du robot  si inactif depuis x minutes
Continuer l'intégration avec le controleur domotique  Domoticz
Tourelle pan-tilt avec la caméra du Raspberry + openCV qui suit une cible en mouvement

Navigation autonome SLAM avec LIDAR

 

Documentation des produits :
 
Arduino Mega2560 : https://www.arduino....noBoardMega2560
Arduino Shield motor : https://www.arduino....noMotorShieldR3
Raspberry Pi3 : https://www.raspberr...power/README.md
Caméra PI V2 :  https://www.raspberr...mera-module-v2/
Motoréducteur Polulu HP994 , couple 5 kg.cm  : https://www.pololu.c...oduct/994/specs
Servomoteur HYX-S009 0-60° couple 1.5kg/cm : http://www.diytrade.com/china/pd/7632604/RC_servo_motor.html
Régulateur 5V 5A DFRobot DFR0205 :  https://www.dfrobot....e_(SKU:DFR0205)

Alimentation 5V - 3.3V DFRobot  DFR0140 : https://www.dfrobot....ml#.UPZxofIR98E

Capteur Intensité courant ACS712 Iteastudio : ftp://imall.iteadstudio.com/Electronic_Brick/IM120710011/DS_IM120710011.pdf
Ecran LCD 16x2 I2C : https://www.dfrobot....&product_id=135
Capteur ultrason SRF05 :  https://www.robot-el...m/srf05tech.htm

Capteur ultrason HC-SR04 : https://www.robot-ma...ns-hc-sr04.html
Motoréducteur GM25-370CA 12V avec encodeur en 3.3V : http://www.robot-mak...e-chromee.html

Batterie Lipo 3S : http://www.robot-maker.com/shop/alimentation/208-batterie-lipo-3s.html

Chargeur Lipo 2S 3S : http://www.robot-maker.com/shop/alimentation/126-chargeur.html

Centrale inertielle MPU-6050 : https://www.robot-ma...4-mpu-6050.html

 

 

Poids du robot V2
 
1260 g
 
 
Consommation du robot
 
Raspberry PI3 wifi + caméra PI V2 : 1000 ma
Arduino Mega2560+ Shield moteur :  400 ma
2 x moteurs GM25-370CA : 600 ma
1 capteur US DRF05 :
 

 Installation Raspbian Strech + configuration Rover1sur RPi 3

- Télécharger Raspbian Stretch et copier sur une carte SD 8GO avec Win32DiskImager (+ fichier ssh file pour activation SSH et fichier wpa_supplicant.conf pour configuration Wifi)
- Booter le Rpi3 and login via Putty + sudo raspi-config ( add Camera +VNC server, expand root file system,  timezone GMT-6) + IP  fixe dans /etc/dhcpcd.conf .
- Mettre à jour Stretch : sudo apt-get update , sudo apt-get upgrade

- Restaurer les fichiers Rpi python et sketches arduino du robot

- Connexion au RPI par le client VNC viewer

- Installer l' IDE Arduino ( sudo apt-get install arduino )

- Installer les bibilothèques NewPing

- Installer la caméra PI V2

    Activer le driver ( sudo modprobe bcm2835-v4l2 )

    Tester un snapshot caméra ( sudo raspistill -v -o test.jpg )

    Ajouter bcm2835-v4l2 dans le fichier /etc/modules pour chargement du driver au démarrage du PI

- Installer l'app motion ( sudo apt-get install motion )

    mkdir /home/pi/captures ( répertoire stockage photos suite détection de mouvement)

    Droits groupe/user motion sur le dossier captures ( sudo chown motion:motion /home/pi/captures )

    Démarrage motion au boot du PI

         sudo crontab -e

        @reboot motion >/dev/null 2>&1 à ajouter à la fin du fichier

- Configurer motion dans  /etc/motion/motion.conf

    Daemon=on   

    Résolution image 640 x 480 et 2 fps
    output_picture=on , output_movies=off (détection de mouvement avec photos seulement)

    target_dir = home/pi/captures

    stream_port = 8081 , stream_localhost=off
    Vérification du flux video sur le port 8081 du RPI à partir d'un browser
    Affichage du flux video dans l'app android de pilotage du robot afin de voir ce que voit le robotradp

 

 

Architecture Robot
 
 
 Robot 1_ed 7_bb.jpg
 
Alimentation 1_ed 4_bb.jpg
 
 

 


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#2 levend

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Posté 27 mars 2016 - 07:58

Tu ne lui mets plus 4 roues ? :D

 

Personnellement je mettrais plutôt une communication par WIFI pour la relier à ton réseau local, surtout que tu aura déjà un pont d'accès ou un routeur WIFI pour ta caméra IP.

Ce n'est qu'un avis perso...



#3 gerardosamara

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Posté 27 mars 2016 - 10:24

Oui le mieux est de connecter le robot en Wifi avec le routeur  ( comme la caméra IP pour le flux video)
Mais je n'ai rien trouvé de raisonnable coté shield wifi ( prix , usine à gaz) qui pourrait s'interfacer avec l'Arduino Uno . Si tu as des suggestions ?
 
En ce qui concerne le chassis c'est vrai que j'étais parti sur un 4 roues pour pouvoir monter/descendre les escaliers mais on va s'en passer pour ce 1er robot
Je vais donc utiliser ce grand classique .

post-9527-0-49490100-1459113947.jpg

roueFolle.jpg


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#4 levend

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Posté 27 mars 2016 - 10:41

Je devais commander un module WIFI pour tester mais ce n'est pas fait donc je ne sais lequel te conseiller.

 

Moi qui m'attendais à ce que tu résolves mon problème pour monter les escaliers :D .



#5 gerardosamara

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Posté 28 mars 2016 - 03:44

Pour l'ajout du Wifi par un shield wifi sur ma carte Arduino UNO R3 , cela semble semble bien compromis , car selon la site officiel Arduino ce shield est inutilisable sur la UNO :

 

(*) Note on usage with ARDUINO UNO board:
The Wifi Shield 101 carries a library that is very complex and occupies more than 60% of the available memory, leaving small room for sketches. Please keep in mind even if that basic usage is supported, for complex projects we strongly reccomend to use the Wifi 101 Shield with an Arduino Zero , Arduino 101 or Arduino MEGA 2560.

 

EDIT :

 

La seule solution possible pour la Arduino UNO est le module wifi ESP8266 connecté sur le port série ( max 115000 bit/s) mais personne ne l'a encore utilisé ici à priori.

 

Note : La carte Arduino YUN a un module wifi intégré


Modifié par gerardosamara, 28 mars 2016 - 05:59 .

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#6 gerardosamara

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Posté 29 mars 2016 - 04:27

.

 

Moi qui m'attendais à ce que tu résolves mon problème pour monter les escaliers :D .

 

Pour franchir des obstacles comme monter/descendre un escalier , un robot mobile sur roues peut le faire à condition que les roues motrices soient suffisamment grandes pour passer le nez de marche et pour que l'arrière du chassis ne reste pas bloqué sur le nez de  marche (cas d'une montée d'escalier ) :

  • Le diamètre des 2 roues motrices sera au minimum de 2 fois la hauteur d'une marche d'escalier( soit 2  x 20 cm en général)  et pour la roue folle de stabilisation le diamètre sera d'une demi hauteur de roue.
  • La longueur du chassis entre l'essieu des 2 roues et la roue folle doit etre au minimum de 2 fois la largeur d'une marche afin que le robot puisse prendre appui sur 2 marches.

 

Pour revenir à mon robot à 3 roues (c'est valable pour un 4 roues aussi) , si je choisi le diamètre de roues qui va bien , le robot pourra à priori monter/descendre un escalier.

Mais ca va etre beaucoup plus imposant comme chassis et plus lourd.

post-9527-0-85036800-1459223042.png

 

 

Mais cela ne vaudra jamais une architecture de chassis à géométrie variable pour  passer ce type d'obstacle  ... mais la c'est autrement plus compliqué.

Un chassis à base de chenilles fera déja mieux de toute facon que le chassis à roues

Image(s) jointe(s)

  • obstacle escalier.png

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#7 gerardosamara

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Posté 30 mars 2016 - 04:45

Nouvelle mise à jour du schéma géneral  suite à solution pour le Wifi
 
Autre point , dans mon starter kit Aruino UNO , il y a un afficheur 2x16 caractères que je voudrais bien utiliser mais pour sa connexion directe avec la carte Arduino nécéssite 6 pins numériques . Aujourd'huije ne sais pas encore combien de ces pins au final seront utilisés .
 
Ps : Comment fait on pour poster une image et non une miniature presque  invisible ?
Merci
 
Robot 1_bb.jpg

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#8 Path

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Posté 30 mars 2016 - 07:04

Salut Gerardosamara,

 

 

 

Ps : Comment fait on pour poster une image et non une miniature presque  invisible ?

 

Avant de poster, tu fais "pré-visualiser", clic droit sur la miniature, "copier l'adresse du lien", et c'est ce lient que tu mets dan la balise image. S'il y a plus simple, je suis preneur ;)


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#9 Jan

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Posté 30 mars 2016 - 05:55

 

S'il y a plus simple, je suis preneur

 

Oui tu fais un glissé déposé de ta miniature attachée dans "éditeur complet" que tu déposes dans le contenu du message et quand tu cliques sur la photo l'adresse (url) s'affiche, tu enlèves alors "_thumb" à l'url juste avant ".jpg" et tu as la photo en taille originale (je ne sais pas si j'ai été clair) :(

 

Bon avec le recul est ce vraiment plus simple...



#10 gerardosamara

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Posté 31 mars 2016 - 05:23

Merci pour vos réponses sur l'utilisation de la balise image.
 
J'en suis à regarder le coté "besoin batterie" du robot .
 
La ré-utilisation de batteries existantes (2 batterie au plomb étanche YUASA NP0.8-12  - 12V 0.8Ah , poids =350g et 1 batterie au plomb étanche EVERING CB4-6 , 6V 4A ) ) est à envisager  si compatible avec le besoin du robot :
  • Carte Arduino : 5V (500 MA) 
  • Circuit Pont H "L293D" : 5V pour la logique
  • Circuit de puissance des 2 moteurs CC : 12V idem batterie
  • Module wifi ESP286 : 3.3V
  • Servo-moteur caméra: 5V
  • Capteurs électroniques : 5V
Note : Le circuit L293D (pont H) ne peut pas délivrer pour les moteurs CC que min 4.5V , cf Data sheet ( donc 5V)

La carte convertisseur de tension devra fournir du 12V , du 5V et du 3.3V
Je suis à la recherche de ce type de carte convertisseur DC-DC ( 12V -> 12V + 5V + 3.3V )
 
Vos suggestions sont les bienvenues

Pour démarrer , la carte Arduino est alimentée par le PC supportant l'IDE Arduino , un chargeur de téléphone fournit du 5V pour la Breadboard , reste à trouver une source 3.3 V pour le modem WIFI.

Alimentation ed 1_bb.jpg

Modifié par gerardosamara, 13 mai 2016 - 08:36 .

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#11 gerardosamara

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Posté 03 avril 2016 - 10:25

La première étape de réalisation du robot sera de faire fonctionner l'écran LCD à 2 lignes de 16 caractères fourni dans le "starter kit Arduino" .

arduino-afficheur-lcd-2x16.jpg

Le test de l'afficheur LCD est basée sur ce tutoriel Arduino pour l'afficheur LCD ...... http://www.arduino.cc/en/Tutorial/LiquidCrystalSerialDisplay

Point en étude : La limitation de la carte Arduino UNO qui ne dispose que d'un seul port série qui est affecté au modem Wifi pour ce projet car cela interdit l'utilisation du moniteur série dans un sketch Arduino pour du debugging.
Il est peut-etre possible d'envoyer les infos de debugging directement sur l'afficheur LCD ou via internet vers un serveur web?

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#12 Mike118

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Posté 03 avril 2016 - 11:36

Point en étude : La limitation de la carte Arduino UNO qui ne dispose que d'un seul port série qui est affecté au modem Wifi pour ce projet car cela interdit l'utilisation du moniteur série dans un sketch Arduino pour du debugging.
Il est peut-etre possible d'envoyer les infos de debugging directement sur l'afficheur LCD ou via internet vers un serveur web?

 

Autre possibilité : Tu peux aussi faire un softserial et affecté le soft serial au modem wifi et ainsi garder ton serial dispo pour le debuggage. 
 


Si mon commentaire vous a plus laissez nous un avis  !  :thank_you:

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Les réalisations de Mike118  

 

 

 


#13 gerardosamara

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Posté 04 avril 2016 - 09:08

Oui Mike 118 , utiliser un 2ème port "Softserial " pour y connecter le modem Wifi est la solution.

Peut etre qu'à la fin du projet ,je vais utiliser le port Serial (pin 0 et 1 ) pour le modem wifi et l'afficheur LCD pour afficher des infos debug lorsque le robot sera autonome ( non relié au PC par USB)

Modifié par gerardosamara, 24 avril 2016 - 04:46 .

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#14 gerardosamara

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Posté 12 avril 2016 - 06:07

pour le chassis , je verrai bien un comme celui là , avec des roues de diamètre suffisant pour monter et descendre un escalier

Chassis.jpg

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#15 Oracid

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Posté 12 avril 2016 - 07:06

Je ne suis pas sûr que tu puisses monter des escaliers avec ce genre de base.
Cette structure semble être en fer et la roue folle dot être assez lourde. À mon avis, tu devrais privilégier le plastique ou l'aluminium.

Ce qui fait monter un escalier, c'est l'accroche de la roue ou de la chenille. Je pense que le caoutchouc est encore ce que l'on a fait de mieux.
Tes roues ne doivent pas forcément avoir un diamètre très important, 10cm suffiront. Par contre, la distance entre tes roues avants et arrières doit être au moins de 60cm, c'est la distance entre 3 nez de marche standards de 17cm, ce qui est la norme.
Petit problème, les nez de marche vont cogné le châssis dans l'intervalle entre les roues. C'est pour cette raison que ce genre de robot a en générale de grosses roues qui sont très rapprochées, comme celui là, par exemple https://youtu.be/sGGrLQy3cIA

Attention, la plupart des escaliers ont des nez de marche. Le surplomb est très couramment de 4cm, c'est beaucoup, et même avec de grosses roues on est bloqué dans ce nez de marche. On pourrait penser qu'avec de la puissance, ça passe, mais malheureusement, je ne crois pas. Sauf à arracher l'escalier...
Donc pour passer ce nez de marche il faut impérativement avoir des roues de 17cm de rayon.
Mais pour commencer, tu pourrais monter des escaliers qui n'ont pas de nez marche.
Bon courage.
Ma chaine vidéo YouTube : https://www.youtube....wMz-IzZqyvqEUek

#16 gerardosamara

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Posté 24 avril 2016 - 04:26

L'afficheur LCD fourni dans le starter kit est connecté à la carte Arduino UNO comme préconisé sur le site Arduino

https://www.arduino....alSerialDisplay

Seul le réglage du contraste fonctionne ( affichage 16 carrés ) , le rétroéclairage et l'affichage de caractères à partir de l'Arduino ne fonctionne pas.
Je n'ai pas d'afficheur de rechange pour lever le doute sur le matériel.

L'alimentation de l'afficheur a aussi été faite à partir d'un chargeur USB 5V A mais sans amélioration.

Pura vida

 

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#17 gerardosamara

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Posté 24 avril 2016 - 04:38

Ce qui fait monter un escalier, c'est l'accroche de la roue ou de la chenille. Je pense que le caoutchouc est encore ce que l'on a fait de mieux.
Tes roues ne doivent pas forcément avoir un diamètre très important, 10cm suffiront. Par contre, la distance entre tes roues avants et arrières doit être au moins de 60cm, c'est la distance entre 3 nez de marche standards de 17cm, ce qui est la norme.
Petit problème, les nez de marche vont cogné le châssis dans l'intervalle entre les roues. C'est pour cette raison que ce genre de robot a en générale de grosses roues qui sont très rapprochées, comme celui là, par exemple https://youtu.be/sGGrLQy3cIA

Attention, la plupart des escaliers ont des nez de marche. Le surplomb est très couramment de 4cm, c'est beaucoup, et même avec de grosses roues on est bloqué dans ce nez de marche. On pourrait penser qu'avec de la puissance, ça passe, mais malheureusement, je ne crois pas. Sauf à arracher l'escalier...
Donc pour passer ce nez de marche il faut impérativement avoir des roues de 17cm de rayon.
.


Merci @Oracid pour les conseils
Oui les roues doivent avoir un rayon > à la hauteur de la marche pour une bonne accroche mais je pensais que la distance entre les roues avant et la roue arrière pouvait n'etre que de 40 cm soit la distance entre 2 nez de marches.
Cf message #6

Pura vida

 

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#18 Oracid

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Posté 25 avril 2016 - 07:00

La distance entre 2 nez de marche est d'environ 29cm. Facile à vérifier.

Pour bien comprendre le problème, imaginons un robot qui passe sur un pont en bambou dont la base est constituée de bambous espacés de 29cm.
Ne tenons pas compte de l'épaisseur du robot.
Si ses roues ont un diamètre inférieur à 29cm et si sa longueur est inférieure à 58cm (29x2), au mieux, il va se planter sur deux bambous, au pire, il va plonger.

C'est pour éviter de faire des chars de combat avec des roues énormes que les chars ont une forme de parallélépipède isocèle, un bateau, avec la petite base en contact avec le sol.
Avec cette forme le barbotin (roue d'entrainement) a un diamètre aussi petit que possible.
Supposons un char dont le train de chenille est de 1,5m de hauteur, il pourra franchir des obstacles de 1,5m (une marche). Alors que des roues devraient avoir un diamètre de 3m...
Si le barbotin avait 1,5m de diamètre, le train de chenille en forme de stade de course, le char ne pourrait franchir qu'un obstacle (une marche) de 0,75cm.

En conclusion, pour monter des escaliers, un char doit avoir une forme de trapèze isocèle, avec la petite base d'une longueur d'environ 60cm, d'une hauteur de 18cm (pour franchir le nez de marche), et un barbotin aussi petit que possible. Plus, la grande base du trapèze sera longue et plus facilement, il franchira un obstacle, et donc moins de puissance, il aura besoin.
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#19 gerardosamara

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Posté 02 mai 2016 - 02:04

Merci @Oracid pour la clarification
C'est ce que je vais faire

Pura vida

 

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#20 gerardosamara

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Posté 12 mai 2016 - 06:19

Pour la commande des 2 moteurs CC du robot , je dispose d'un pont-H L293D issu du starter kit Arduino UNO .
Le courant max en charge de chaque moteur ne devra pas dépasser 0.6 A ( cf datasheet ).
La tension d'utilisation des moteurs est de 12V
La vitesse du robot sera de 0.5 m/s ( moitié de la vitesse de la marche humaine)
Le poids du robot est estimé à 2/3 kg
Le robot devra gravir un escalier ( pente 20% ?) , imposant un diamètre de roue de 40cm

Je n'ai aucune expérience dans le domaine du dimensionnement et du choix des moteurs / réducteurs à faire en fonction de ces critères.

Pouvez vous me dirigez vers un article simple car la synthèse de la moisson d'informations disponible en "googlant" est un peu compliquée ?

Merci d'avance

Pura vida

 

Ma chaine youtube  https://www.youtube....EQ5MTR3A/videos

Tutoriel MIT Inventor2  https://www.robot-ma...e-robot-mobile/




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