20 réponses à ce sujet

[sky99]

R.Hasika - présentation

 

R.Hasika est le successeur de R.Cerda, un robot basé sur le Raspberry pi. Si à l'époque mon objectif était simplement de construire un robot basé sur le Raspberry pi, avec R.hasika, je suis plus ambitieux. En effet, il s'agit cette fois de concevoir entièrement le robot, que tout soit correctement pensé, plutôt que de faire certains éléments comme le châssis avec ce qui est disponible sous la main. Cette fois ci, chaque élément du robot aura été pensé. Dans ce billet, je vous propose une rapide présentation de ce robot et de ses objectifs.

J'ai créé une page pour le projet R.Hasika, que je vous invite à consulter pour davantage de détails.

Ce post est un portage de l'article original que j'ai écrit ici. Je sépare le tout en plusieurs posts moins gros pour plus de lisibilité sur le forum, et je modifie 2-3 choses sur la mise en page, mais c'est essentiellement la même chose

 

Motorisation et déplacement

R.Hasika est un robot à conduite différentielle, s'appuyant sur deux moteurs à courant continu. Ces moteurs sont dotés de capteurs de rotation qui permettront un déplacement précis. Ils sont contrôlés par une puce DRV8835, qui permet de les commander facilement en PWM avec seulement 4 GPIO.

Ces moteurs entraînent deux chenilles, mais on peut les remplacer par des roues si on le souhaite. Dans tous les cas, ce choix de propulsion en fait un rover agile, capable de tourner sur lui même sur place, et avec une bonne capacité de franchissement d'obstacles.

Grâce aux capteurs de rotation des moteurs, on sera capable d'ajuster la vitesse de ceux ci pour effectuer des trajectoires parfaitement rectilignes, des rotations d'un angle précis, et même de l'odométrie et ainsi cartographier une zone.

 

Châssis et éléments structurels

Par rapport à R.Cerda, cette fois, le châssis à été pensé à l'avance. En pratique, la conception a été faite entièrement avec le logiciel libre OpenScad, et le code source (libre) permet à tout un chacun de modifier les paramètres du robot pour l'ajuster à ses besoins.

Le châssis a été pensé pour être fabriqué à l'imprimante 3D d'une seule pièce, avec tous les trous et emplacements de fixation requis pour l'assemblage d'un robot complet. Ce châssis comporte également l'emplacement des batteries, des moteurs, des roues libres et de la plaque de support de l'électronique.

Cette dernière justement est la seconde pièce, sur laquelle viennent se fixer les composants électroniques du robot, les capteurs, etc. Cette plaque se visse simplement sur le châssis, renforçant ainsi davantage sa solidité.

La troisième pièce est la carrosserie, qui vient se visser par dessus, et qui permet de protéger l'électronique, et sert de support à divers autres éléments (voir plus bas dans la section du même nom).

[sky99]

Alimentation électrique et autonomie

L'alimentation électrique se fait par le biais de batteries lithium (jusqu'à 4), qui fournissent une capacité de 50Wh, permettant ainsi au robot de dépasser les 24 heures d'autonomie hors déplacement. En déplacement on obtiendra facilement de nombreuses heures d'autonomie.

Un autre point  intéressant avec ces batteries est qu'elles permettent d'intégrer au robot un circuit de charge, permettant de le recharger sans retirer les batteries. Mieux, on peut recharger le robot sans l'éteindre. Encore mieux, cela nous permet de programmer le robot pour qu'il aille se charger seul sur une station dédiée.

 

 

[sky99]

Capteurs

Les capteurs de base embarqués sont deux microswitches à levier, qui servent de capteurs de contact, un capteur de distance à ultrasons maxbotix, et les capteurs de rotation des roues. Si ces derniers permettent des trajectoires et mouvements précis, les deux premiers servent à mettre en oeuvre des algorithmes d'évitement d'obstacles.

D'autres capteurs viendront probablement s'ajouter à ces capteurs, avec par exemple un module accéléromètre, boussole et gyroscope 3D.

Un capteur particulier prendra place à coup sur, en revanche, avec le module caméra du Raspberry pi. Celui ci permet une capture vidéo en fullHD (1920*1080) à 30 images par secondes et des photos à 5Mpixels, voire 8 pour la nouvelle version. Une version infrarouge existe également.

Le capteur ultrasonique maxbotix sur son support imprimé.

[sky99]

Electronique de commande

Pour l'électronique de commande de ce robot, on s'appuie tout d'abord sur un Arduino nano, chargé des tâches de bas niveau (commande des moteurs, lecture des capteurs, contrôle des LEDs et boutons,  etc). Le robot peut être programmé directement via le Arduino, en ignorant le reste.

 

Mais cet Arduino est connecté par un port série à un Raspberry pi A+, qui permet cette fois de s’intéresser à des tâches plus complexes, telle que la cartographie, le traitement d'information vidéo, les communications wifi, etc. Si on ne souhaite pas s'occuper de la programmation des tâches de bas niveau, il suffit de téléverser le code fourni avec le projet sur l'Arduino et de communiquer avec celui ci depuis le Raspberry pi via un port série pour envoyer des commandes.

[sky99]

Autres éléments

R.Hasika embarque divers autres éléments que nous ne détaillerons pas tous ici. Mais en voici quelques uns :

• 6 leds RGB adressables, dont on peut définir indépendamment la couleur parmi 65536;
• un bouton poussoir programmable par l'utilisateur;
• du wifi embarqué, pour pouvoir commander ou programmer le robot à distance;
• un écran LCD 2*16 pour afficher des informations textuelles;
• une ouverture permettant au robot d'être modifié, adapté;
• des emplacements pour fixer des extensions non planifiées pour le moment.

[macerobotics]

Salut sky99,

 

Projet très intéressant, bonne continuation.

[sky99]

Salut!

je pense que pour l'instant, c'est mon robot le plus évolué, j'en suis assez fier
Par contre, même si j'ai pu le faire fonctionner, il reste encore du boulot,  car il y a PLEIN de choses planifiées

[sky99]

Maintenant, nous décrirons la conception du châssis de R.Hasika, présenté dans les précédents billets (ou ici sur mon blog), et dont voici la page de projet. Le châssis du robot est un élément important, puisqu'il lui conférera sa solidité, mais aussi une partie de ses capacités finales. En pratique, un bon châssis permettra un robot précis, du fait du positionnement exact des composants. Le châssis de R.Hasika est monocoque, en une seule pièce, fait pour être construit à l'imprimante 3D. Détaillons maintenant sa conception et les fonctionnalités qu'il apporte.

Objectifs de conception du châssis de R.Hasika

 

Sur R.Cerda, le robot qui a précédé R.Hasika, le châssis était une simple planche de bois, sur laquelle venaient se fixer les divers éléments. Il en a résulté un assemblage peu précis, et des ajustements très "bricolés" de certains éléments, sans compter un robot assez gros pour ce qu'il permettait de faire. Cette fois ci, pour le châssis de R.Hasika, j'ai souhaité passer davantage de temps à la phase conception pour produire un châssis répondant à toutes les problématiques rencontrées pendant l'assemblage du robot :

1. la simplicité de fabrication du châssis;
2. la facilité d'assemblage du robot;
3. la précision de l'assemblage;
4. la solidité du robot assemblé;
5. l'équilibrage du robot.

En plus de ces points s'ajoutent quelques avantages apportés par ce châssis, tels que la capacité de franchissement ou une certaine résistance à l'eau. Voyons maintenant la conception de ce châssis, et tout au long de cet article nous verrons les concepts mis en oeuvre pour remplir les objectifs décrits plus haut.

[sky99]

Conception paramétrique dans OpenScad

Tout comme pour R.Ian, un autre robot fabriqué à l'imprimante 3D, le châssis de R.Hasika a été conçu de façon paramétrique avec Openscad. La conception paramétrique signifie en pratique que l'on peut modifier facilement certains éléments du robot en changeant quelques variables dans le script décrivant le châssis. Un outil de visualisation permet de vérifier le résultat, et on peut alors facilement imprimer sa version modifiée du châssis!  Voici un exemple de ce que permet cette conception paramétrique :

 

Sur cet exemple, en modifiant une variable, on peut facilement passer de 2 emplacements de batteries à 4, en élargissant le châssis de façon adéquate. On pourra ajuster de très nombreux autres paramètres, ce qui fera probablement l'objet d'un billet séparé, détaillant ce qui peut être modifié, et comment le faire.

Quoi qu'il en soit, pour la fabrication, c'est simple, puisqu'il suffit de télécharger le fichier stl du châssis, et de le fabriquer à l'imprimante 3D avec un matériau solide, tel que le PLA, l'ABS, ou encore certains nylons. Puisque la fabrication est faite par une machine, on aura des côtes précises, des trous bien positionnés, etc... Cela remplit donc notre objectif de précision par la même occasion.

 

De même, puisque le châssis est fait d'un seul tenant, il n'y a pas d'assemblage à faire pour les pièces structurelles, et donc on a une bonne solidité et une importante rigidité de l'ensemble, ce qui permet d'atteindre notre objectif de solidité.

 

Dans le prochain post, nous reviendrons aux fonctionnalités du châssis en lui même.

[sky99]

Un châssis monocoque, avec des fixations pour tous les éléments nécessaires

 

Sur la photo ci dessus, on peut voir le châssis de R.Hasika imprimé en PLA orange, quasiment vide. On note ici qu'il est fait d'une seule pièce, et que tous les éléments nécessaires au robot ont un emplacement précis. Ainsi, on note quatre compartiments rectangulaires : il s'agit des emplacements pour les batteries lithium 18650B qui alimentent le robot. Nous reviendrons sur l'alimentation électrique de R.Hasika dans un autre billet.

Quoi qu'il en soit, les batteries sont aussi basses que possibles, au niveau du plancher du robot, de façon à abaisser le centre de gravité. De même, elles sont centrées, ce qui fait que la masse la plus importante contenue dans le robot est équilibrée selon l'axe avant-arrière.

Dans ces emplacements de batteries viennent se placer des petits contacts pour batteries, avec leurs câbles.

 

On peut voir sur la droite les moteurs du robot, qui se placent également sur le fond du châssis, ce qui permet d'avoir la plus grande hauteur de franchissement possible, tout en protégeant ceux ci du milieu extérieur. Deux vis viennent fixer le tout par le dessous du châssis, et l'axe moteur sort par le côté par un trou prévu à cet effet.

Du côté gauche, on notera la présence de deux cubes, contre les parois : ce sont les blocs de fixation des roues libres du robot. Il s'agit donc simplement d'un bloc plein, avec un trou au milieu ou vient se fixer l'axe de la roue. Dans tous les cas, les roues libres et les roues motorisées ont été positionnées précisément à ces endroits de façon à fournir une bonne tension pour la chenille, et sont juste à la bonne distance pour que la chenille dépasse légèrement du robot à l'avant et à l'arrière. Ainsi, si un obstacle est présent devant le robot, les chenilles pourront accrocher cet obstacle et le robot pourra monter dessus, même s'il s'agit d'un obstacle en angle droit.

On constate enfin contre les parois 6 piliers avec un trou au milieu : ils permettent de fixer la plaque de support de l'électronique, qui vient donc se visser par dessus le châssis, une fois les éléments en place. Cela permet de remplir le second objectif : le robot est simple à assembler, puisque les éléments ont une place, et une seule. On ne peut pas réellement se tromper, et il suffit de mettre les éléments à leur place, puis de visser quelques vis (une douzaine à ce niveau).

Voici une photo du robot vu de dessus, une fois que l'on a installé les batteries, les moteurs, et les roues libres :

Dans le prochain billet, nous nous intéresserons à la capacité de franchissement des obstacles apportée par le châssis et la conception de R.Hasika.

[Path]

Merci de ce partage !!

[Guigz65]

Super projet avec des explications claires et de qualités.

 

Je commence à me demander si je ne vais pas changer de solution technologique et m'orienter vers une association Raspberry Pi + Arduino

 

Bravo !

[sky99]

Super projet avec des explications claires et de qualités.

 

Je commence à me demander si je ne vais pas changer de solution technologique et m'orienter vers une association Raspberry Pi + Arduino

 

Bravo !

Hello, effectivement, c'est la solution que j'ai retenu car elle permet deux niveaux de programmation : 

1. la base, ou l'on apprend à gérer les moteurs, les capteurs, les mesures de bas niveau, bref, on apprend la robotique de base;
2. une couche plus complexe au dessus, avec la navigation, la cartographie, la reconnaissance de formes, etc...

Sur ce robot, j'ai pris cette approche surtout pour permettre au Raspi de faire ce pour quoi il est bon, et laisser au Arduino les commandes de bas niveau.

Mais le point fort c'est que du coup pour l'enseignement, je commence mes cours d'info en leur faisant programmer le Arduino, et le Raspi n'est même pas activé!

Et plus tard, on verra pour programmer le raspi

[Oracid]

Merci beaucoup pour ce projet que je suis attentivement.

[sky99]

Franchissement d'obstacles et protection contre l'environnement

Le châssis, comme nous l'avons vu plus haut, à un impact sur la capacité de franchissement d'obstacles. Ainsi, les roues qui dépassent légèrement permettent d’agripper les objets à franchir. Mais en outre, la hauteur de franchissement à été optimisée au maximum, comme on peut le voir ci dessous :

 

On a donc la plus grande hauteur sous châssis possible pour cette taille de roue, tout en maintenant une bonne protection des éléments internes. Pour augmenter davantage cette hauteur, il aurait fallu fixer les moteurs sous le châssis, à l’extérieur, avec les risques que cela comporte. En effet, cela aurait causé des protubérances sous le robot, qui auraient pu accrocher des obstacles, sans même parler du fait que ceux ci risqueraient de s’abîmer.

 

Sur la photo ci dessous, nous pouvons analyser une vue de dessous de R.Hasika :

On peut constater que le dessous du robot est lisse, hormis les 4 vis de fixation des moteurs. Il n'y a donc rien pour accrocher un obstacle, et de même, les composants internes sont protégés. En effet, une éclaboussure d'eau ne pourrait pénétrer par le dessous du robot.

Cette volonté de n'opposer aucune résistance aux obstacles a été poussée également à la forme même du châssis, dont l'avant et l'arrière sont arrondis pour limiter les points d'accroche, comme on peut le voir sur le rendu 3D ci dessous :

On voit également le trou pour l'axe moteur, et celui pour les roues libres.  La photo suivante permet de voir cette courbure, mais également le léger dépassement des roues à l'avant :

[gerardosamara]

Merci Sky99,

 

Le franchissement d'obstacle est un sujet intéressant que ce soit à chenilles ou roues .

 

Le problème est qu'avec un chassis classique comme celui ci ( et comme le mien dans le futur ) la taille max d'obstacle que le robot puisse franchir est en gros le rayon de la roue ( à l'emplacement près de l'axe moteur).

 

La longueur du chassis ( entre axes moteurs) a aussi son importance pour que le robot ne reste pas coincé sur un obstacle  .

[sky99]

Merci Sky99,

 

Le franchissement d'obstacle est un sujet intéressant que ce soit à chenilles ou roues .

 

Le problème est qu'avec un chassis classique comme celui ci ( et comme le mien dans le futur ) la taille max d'obstacle que le robot puisse franchir est en gros le rayon de la roue ( à l'emplacement près de l'axe moteur).

 

La longueur du chassis ( entre axes moteurs) a aussi son importance pour que le robot ne reste pas coincé sur un obstacle  .

Hello,

justement, ici on dépasse largement le rayon de la roue en franchissement d'obstacle. En effet, les roues dépassent à l'avant du robot, ce qui lui permet "d'attraper" l'obstacle, même s'il est en angle droit.

J'ai essayé, et il a pu franchir plus que le diamètre de la roue.

 

En pratique, la limite sera plus proche de la moitié de la longueur du robot.

En effet, face à un mur, le robot est capable d'avancer jusqu'à se retrouver  "debout" sur les roues arrière.

La limite sera bien sur qu'il bascule en arrière  si l'angle devient trop important.

 

Du coup si l'obstacle fait la moitié de sa longueur de haut, il est a 45°, et si il a assez d'adhérence, il passe sans problème!

Comme le dessous du châssis est lisse, les obstacles glissent facilement dessus, de sorte qu'une roche entre les deux ne bloquera pas le robot.

 

L'exception est le cas ou la roche serait plus étroite que l'écart entre les deux chenilles, et assez haute pour toucher la partie plane du robot à l'avant, tout  en ayant un angle de 90° par rapport au sol au point de contact. Avec un angle plus petit, sauf perte d'adhérance, le robot pousse, et la coque glisse en frottant sur l'obstacle.

SI en revanche l'angle est à 90° ou +, la seule solution pour le robot est de pousser l'obstacle, car  il le il ne glissera pas dessus.

 

Cependant, c'est précisément la raison pour laquelle il y a des capteurs à l'avant, dans cette zone

 

Pour ce qui est de rester coincé sur un obstacle, la encore, ce n'est pas un problème de longueur, mais de largeur!

Les chenilles sont plus basses que le bas du robot. Donc quelle que soit la longueur de l'obstacle, elles pourront adhérer, et faire avancer le robot.

Le cas de blocage sera au contraire si l'obstacle est étroit et que le robot monte dessus et se retrouve avec les chenilles de part et d'autre de l'obstacle, dans le vide. Là on a plus de prise, donc on reste coincé.

[sky99]

Hello!
Un peu en avance sur ce que j'ai rédigé jusqu'ici, mais j'ai fait une petite vidéo d'update sur R.Hasika, présentant le dernier ajout, à savoir un écran LCD

 

[Oracid]

Le problème est qu'avec un chassis classique comme celui ci ( et comme le mien dans le futur ) la taille max d'obstacle que le robot puisse franchir est en gros le rayon de la roue ( à l'emplacement près de l'axe moteur).

Je ne suis pas tout à fait d'accord avec ça.
Je t'invite à visionner mes vidéos sur le sujet, http://www.robot-maker.com/forum/topic/10366-lego-un-char-qui-monte-des-escaliers/
Dans la vidéo #10, mon char franchit des marches de 17cm avec un rayon de chenille d'environ 6cm (dans la vidéo, j'indique une hauteur de 12cm, mais c'est parce que le char est symétrique sur l'axe x, c'est un autre sujet).
Dans la vidéo #11, la chenille est plus haute, 17cm, mais c'est simplement pour franchir le nez de marche qui est un très gros problème, en soit. Mais la hauteur de franchissement est toujours de 17cm.
Il ne faut pas confondre obstacle frontale comme une marche, et un obstacle comme un gros cailloux qui a souvent une légère pente d'accrochage. Cette notion est très importante, sinon, je pourrais dire que mon char franchit des obstacle de plusieurs mètres. Dans les faits, c'est vrai, mais je pense que c'est mal poser le problème.
Pour revenir au problème soulevé par Sky99, il s'agit d'obstacle se situant entre les 2 chenilles. Ce problème est une vraie galère, tu pourras en visionner les inconvénients sur ma vidéo #7.
Il n'y a pas beaucoup de solutions, à part monter le chassis. C'est que je fais dans mes autres vidéos.(mais je ne veux pas pourrir ce poste avec mes vidéos)

Oui, la longueur du char est effectivement un paramètre très important dans le franchissement d'obstacles comme des marches (là, il faut regarder toutes mes vidéos), mais cela peut être un inconvénient dans un champ de cailloux. La solution, c'est peut-être un char avec des bras articulés qui limitent la longueur tout en gardant sa capacité de franchissement. J'y pense de plus en plus ...
Mais l'inconvénient, c'est qu'il faut gérer les bras.

Désolé, Sky99, si mes explications sont un peu longues.

[gerardosamara]

Merci pour les explications .... limpides comme d'habitude.

Je faisais en fait référence à un robot mobile à roues  mais la problématique est la méme que pour un char qui est à priori mieux adapté au franchissement d'obstacles