{"id":1755,"date":"2016-05-01T03:47:24","date_gmt":"2016-05-01T07:47:24","guid":{"rendered":"http:\/\/nagashur.com\/blog\/?page_id=1755"},"modified":"2016-06-05T20:09:09","modified_gmt":"2016-06-06T00:09:09","slug":"r-hasika-un-robot-raspberry-pi-precis-extensible-et-autonome","status":"publish","type":"page","link":"http:\/\/nagashur.com\/blog\/robotique\/r-hasika-un-robot-raspberry-pi-precis-extensible-et-autonome\/","title":{"rendered":"R.Hasika: un robot RaspberryPi pr\u00e9cis, extensible, autonome"},"content":{"rendered":"

R.Hasika est un robot actuellement en cours de d\u00e9veloppement, et ce depuis 2015. Contrairement \u00e0 son petit fr\u00e8re, R.Ian<\/a>, ce robot a \u00e9t\u00e9 pens\u00e9 d\u00e8s le d\u00e9part pour embarquer un Raspberry pi, et s’appuie donc sur cette plate-forme pour son \u00e9lectronique de contr\u00f4le. Il existe de nombreux points de convergence entre les deux robots, mais R.Hasika est plus complexe, plus endurant, autonome et pr\u00e9cis que R.Ian, en contrepartie d’un co\u00fbt plus \u00e9lev\u00e9. Ce robot a \u00e9t\u00e9 pens\u00e9 pour des t\u00e2ches plus complexes, telles que de la cartographie d’un espace, de la m\u00e9morisation de chemin, du calcul d’itin\u00e9raire, etc.<\/p>\n

Objectifs de R.Hasika<\/h2>\n

D\u00e9placement pr\u00e9cis et odom\u00e9trie<\/h3>\n

Par rapport aux pr\u00e9c\u00e9dents robots, celui ci \u00e0 pour objectif premier de\u00a0permettre un contr\u00f4le pr\u00e9cis des moteurs, et logiquement du d\u00e9placement et de la trajectoire. En effet, les moteurs DC utilis\u00e9s g\u00e9n\u00e9ralement pour les moteurs ne sont pas toujours identiques, et sans un retour vers le contr\u00f4leur de la rotation des moteurs, il est difficile d’\u00e9quilibrer pr\u00e9cis\u00e9ment les moteurs pour que le robot avance droit. Pour rem\u00e9dier \u00e0 ce probl\u00e8me, nous utilisons ici des capteurs de rotation qui indiquent pr\u00e9cis\u00e9ment la vitesse de rotation de chaque moteur, permettant ainsi d’ajuster automatiquement ces param\u00e8tres pour maintenir des trajectoires rectilignes et pr\u00e9cises.<\/p>\n

La taille des roues \u00e9tant connue, il devient de plus possible de faire de l’odom\u00e9trie<\/a>, et ainsi de calculer la position du robot \u00e0 un moment donn\u00e9 par rapport \u00e0 son point de d\u00e9part. Ce sera l’occasion de mesurer le niveau de pr\u00e9cision que nous pouvons atteindre par cette m\u00e9thode.<\/p>\n

Pr\u00e9cision de fabrication<\/h3>\n
\"le<\/a>

le ch\u00e2ssis de R.Hasika dans Openscad<\/p><\/div>\n

Afin de garantir cette pr\u00e9cision du d\u00e9placement, il a \u00e9t\u00e9 n\u00e9cessaire de mettre en oeuvre des m\u00e9thodes de fabrication permettant une pr\u00e9cision maximale du positionnement des \u00e9l\u00e9ments, sous peine de fausser les calculs.\u00a0Sur ce mod\u00e8le, je m’appuie donc sur une conception plus \u00e9labor\u00e9e que sur les pr\u00e9c\u00e9dents mod\u00e8les, avec une mod\u00e9lisation 3D param\u00e9trique des pi\u00e8ces du ch\u00e2ssis. Celui ci est bas\u00e9 sur le m\u00eame concept g\u00e9n\u00e9ral que R.Cerda, un robot simple bas\u00e9 sur le Raspberry pi<\/a>, \u00e0 ceci pr\u00e8s que cette fois les \u00e9l\u00e9ments ont \u00e9t\u00e9 positionn\u00e9s en utilisant les caract\u00e9ristiques pr\u00e9cises de ceux ci, et on ne laisse plus de place \u00e0 l’improvisation pour l’assemblage. Chaque \u00e9l\u00e9ment \u00e0 une place, et celle ci est pr\u00e9cise au dixi\u00e8me de millim\u00e8tre. Le robot est aussi sym\u00e9trique que possible, avec une r\u00e9partition \u00e9quilibr\u00e9e des masses selon les axes X et Y (en revanche, le centre de gravit\u00e9 est aussi bas que possible sans nuire \u00e0 la hauteur de franchissement). Deux m\u00e9thodes de fabrication sont pr\u00e9vues : l’impression 3D et la d\u00e9coupe laser. Dans les deux cas, les trous, ouvertures et fixations sont positionn\u00e9s de fa\u00e7on ultra-pr\u00e9cise. \u00a0A l’assemblage, il suffit alors de mettre les \u00e9l\u00e9ments \u00e0 leur place pour obtenir un robot \u00e9quilibr\u00e9 et construit de fa\u00e7on pr\u00e9cise.<\/p>\n

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Temps de fonctionnement plus important gr\u00e2ce aux batteries lithium<\/h3>\n
\"Les<\/a>

Les batteries lithium de R.Hasika en place.<\/p><\/div>\n

J’ai souhait\u00e9 pour R.Hasika une plus grande autonomie que pour les pr\u00e9c\u00e9dents prototypes. Si R.Cerda utilisait des batteries NiMH AA, ici nous utiliserons des batteries lithium. Deux raisons \u00e0 cela :<\/p>\n

    \n
  1. la capacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique pour une masse donn\u00e9e est tr\u00e8s sup\u00e9rieure \u00e0 celle de la technologie NiMH. Pour une m\u00eame masse, nous pouvons multiplier la capacit\u00e9 par 4 \u00e0 8, ou alors pour une capacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique donn\u00e9e, r\u00e9duire drastiquement la masse;<\/li>\n
  2. la charge des batteries lithium est simple, et peut facilement \u00eatre r\u00e9alis\u00e9e par des circuits \u00e9conomiques que l’on peut embarquer au robot; il n’est donc plus n\u00e9cessaire d’enlever les batteries pour le recharger, mais juste de le brancher.<\/li>\n<\/ol>\n

    D’un point de vue pratique, R.Hasika emporte 4 batteries lithium de type 18650B, d’une capacit\u00e9 de 12.58Wh chacune, soit un total de 50Wh(autant que mon ordinateur portable!) pour 192g, l\u00e0 ou R.Cerda emportait 5 batteries AA d’une capacit\u00e9 unitaire de 2.64Wh, soit un total de 13.2Wh pour 145g. Nous avons augment\u00e9 la masse des batteries de 32%, mais la capacit\u00e9 \u00e0 augment\u00e9 de 278%. De plus, les batteries de R.Cerda \u00e9taient en s\u00e9rie, donc le courant maximal \u00e9tait limit\u00e9 \u00e0 2.2A, et de plus si l’une des batteries \u00e9tait en plus mauvais \u00e9tat, d\u00e9charg\u00e9e, ou moins efficace que les autres, les performances de l’ensemble diminuaient. Ici, les batteries sont en parall\u00e8le (il s’agit de lots de batteries identiques), donc fournissent jusqu’\u00e0 3.4*4=13.6A, et m\u00eame si on enl\u00e8ve l’une d’elles, les performances sont maintenues. Le robot peut m\u00eame fonctionner avec une seule batterie, tout en maintenant une autonomie comparable \u00e0 celle obtenue via\u00a0les anciennes batteries NiMH.<\/p>\n

    Un robot plus autonome, capable de se recharger tout seul<\/h3>\n

    Puisqu’il est possible d’int\u00e9grer un circuit de charge au robot, il n’est plus n\u00e9cessaire d’enlever les batteries pour le recharger. De plus, le circuit de charge s\u00e9lectionn\u00e9 permet d’effectuer la charge pendant que le robot fonctionne, ce qui signifie qu’il n’est pas n\u00e9cessaire de l’\u00e9teindre non plus. Vu que nous obtiendrons un d\u00e9placement pr\u00e9cis, et une capacit\u00e9 de positionnement fin par la m\u00eame occasion, il est d\u00e8s lors possible d’envisager que le robot puisse tout seul se rendre sur une station de charge pour remplir ses batteries. Nous pouvons mettre plusieurs circuits de charge, pour acc\u00e9l\u00e9rer cette \u00e9tape, et on peut donc obtenir une charge compl\u00e8te en environ 3 heures. Au vu de la capacit\u00e9 des batteries et de la consommation attendue, on peut obtenir une autonomie d’au moins 24h si le robot est immobile (sans doute bien plus en optimisant un peu, et j’ai \u00e9t\u00e9 large en calculant la consommation, elle sera moindre en r\u00e9alit\u00e9)<\/p>\n

     <\/p>\n

    Premi\u00e8re version : ch\u00e2ssis fabriqu\u00e9 \u00e0 la d\u00e9coupeuse laser<\/h2>\n

    Une premi\u00e8re version a \u00e9t\u00e9 d\u00e9coup\u00e9e dans du contreplaqu\u00e9 \u00e0 la d\u00e9coupeuse laser, et les autres pi\u00e8ces ont \u00e9t\u00e9 imprim\u00e9es en PLA avec ma Printrbot Simple Metal 2014<\/a>. L’ensemble des pi\u00e8ces structurelles a \u00e9t\u00e9 con\u00e7u avec OpenScad<\/a>, de fa\u00e7on \u00e0 \u00eatre adaptable (hormis certaines contraintes bien sur). Ainsi, la largeur du ch\u00e2ssis et la hauteur du second \u00e9tage sont facilement configurables, de m\u00eame que l\u2019\u00e9paisseur des plaques et divers autres param\u00e8tres.<\/p>\n

    \"R.Hasika<\/a>

    R.Hasika vu de face<\/p><\/div>\n

    Quelques pi\u00e8ces sont r\u00e9alis\u00e9es \u00e0 l’imprimante 3D, \u00e0 savoir les poutres de liaison entre la base et l’\u00e9tage du raspberry pi, le support du bouton power, les caches moteurs et les supports des roues libres des chenilles. Les deux plaques sont quand \u00e0 elles d\u00e9coup\u00e9es \u00e0 la laser (les trous sont \u00e9galement faits au m\u00eame moment par la d\u00e9coupeuse laser).<\/p>\n

    Cette version n’est plus en d\u00e9veloppement actif, mais n’est pas abandonn\u00e9e, car elle permet de fabriquer le robot m\u00eame sans imprimante 3D. Pour les diff\u00e9rentes pi\u00e8ces imprim\u00e9es de cette version, je trouverai une alternative permettant de tout fabriquer \u00e0 la d\u00e9coupeuse laser, ou encore \u00e0 la main.<\/p>\n

    Seconde version : ch\u00e2ssis monocoque imprim\u00e9e en 3D<\/h2>\n

    La version actuellement en cours de d\u00e9veloppement de ce robot se base sur un changement de conception. En effet, au lieu d’assembler de multiples pi\u00e8ces pour former la structure du robot, il s’agit ici d’avoir une seule pi\u00e8ce structurelle avec les emplacements pour tous les \u00e9l\u00e9ments du robot. Le ch\u00e2ssis a donc \u00e9t\u00e9 enti\u00e8rement repens\u00e9 pour l’impression 3D, la m\u00e9thode la plus accessible pour fabriquer pr\u00e9cis\u00e9ment et facilement des pi\u00e8ces complexes de ce type.<\/p>\n

    \"R.Hasika<\/a>

    R.Hasika en vue de 3\/4, sans carrosserie.<\/p><\/div>\n

    La conception reste param\u00e9trique, mais cette fois ci, le ch\u00e2ssis lui m\u00eame est en une seule pi\u00e8ce, imprim\u00e9e d’un seul tenant, avec les trous et fixations n\u00e9cessaires \u00e0 l’assemblage du robot. Les emplacements de batterie sont int\u00e9gr\u00e9s directement \u00e0 cette pi\u00e8ce. L’\u00e9lectronique se fixe sur une plaque qui se visse sur le ch\u00e2ssis, et ensuite la carrosserie vient se visser par dessus. Par cette m\u00e9thode, tous les \u00e9l\u00e9ments sont \u00e0 leur place, et l’ensemble est particuli\u00e8rement solide. Le ch\u00e2ssis est en effet assez solide pour supporter mon poids (ce n’est toutefois pas recommand\u00e9!).<\/p>\n

    Avancement du projet<\/h2>\n

    A l’heure actuelle, le ch\u00e2ssis et une premi\u00e8re version de la carrosserie ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s, ainsi que la plaque pour l’\u00e9lectronique, la fixation du capteur ultrasonique, la fixation des capteurs de contact, du bouton power, et la carte \u00e9lectronique principale qui se branche sur le Raspberry pi.<\/p>\n

    Le robot a \u00e9t\u00e9 programm\u00e9 et test\u00e9, avec par exemple un algorithme basique d’\u00e9vitement d’obstacles, comme d\u00e9montr\u00e9 sur cette vid\u00e9o :<\/p>\n