Cet article décrit une partie de la construction de R.Cerda, un robot simple basé sur le Raspberry pi. Il fait suite à un précédent article sur le choix du matériel du robot : Choix du matériel et options. Le plan général du tutoriel de construction est le suivant :

1. R.Cerda, un robot simple basé sur le Raspberry pi
2. Choix des éléments matériels du robot
3. Details et explications sur la conception du robot (page courante)
4. Assemblage des éléments du robot et construction du châssis
5. Programmation du robot pour la navigation avec évitement d'obstacles

Nous allons maintenant détailler le principe général du robot, avant de voir le schéma électronique. Nous reprenons donc les pièces dont nous avons parlé juste avant, dans la seconde partie.

Pour ce modèle, nous partons sur un robot à deux moteurs (roues ou chenilles, le montage électronique est le même! Le robot sera représenté avec des chenilles, mais le principe est valable pour 2 roues motrices et deux roues libres, deux roues motrices et une roulette, ou des chenilles. L'important est que les roues motrices doivent être entraînées par des moteurs DC.)

Voyons maintenant le principe de fonctionnement général. Pour cela, voici un schéma fonctionnel :

Nous avons donc un Raspberry Pi, modèle A ou B. L'alimentation électrique provient d'une source 5V régulée depuis 5 Batteries AA. Cela nous permet d'avoir entre 5 et 6V (selon la charge des batteries) pour le moteur, et 5V pour le Raspberry Pi. Il est bien sur possible d'utiliser deux sources séparées, ou toute autre configuration compatible avec vos moteurs.

Le Raspberry Pi est connecté à un MCP23017 via le bus I2C, et rajoute 16GPIO. Cela nous permet de prévoir large, et de pouvoir étendre les capacités du robot. On pourra ainsi, par exemple, ajouter des bumpers (boutons poussoirs) pour détecter les collisions. Comme nous avons 16 GPIO, on peut donc en mettre une bonne quantité, d'autant que ces capteurs sont peu chers.

Deux puces L293D sont branchées en parallèle, et connectées à 5 ou 6 broches du MCP23017 (dans le schéma, je connecterai à 6 broches. Cela permet de pouvoir faire fonctionner séparément un moteur ou l'autre. De base, ce n'est pas utile, et on peut commander l'activation des deux moteurs avec un seul GPIO, et simplifier légèrement la programmation. Toutefois, utiliser deux GPIO nous permettra de programmer plus précisément les déplacements, la rotation, et par exemple ajuster la vitesse de chaque roue indépendamment). Les L293D sont connectés via 4 fils aux deux moteurs, et les commanderont par ce biais. Au passage, les batteries sont connectées directement aux L293D (sans régulation donc) pour fournir le +Vmotor, la tension qui sera appliquée aux moteurs.

Le MCP3008 est connecté au Raspberry par le bus SPI, et permet d'ajouter 8 entrées analogiques. Nous pourrons donc lire les valeurs de 8 capteurs analogiques de cette façon. En pratique, pour ce modèle, nous utiliserons un capteur ultrasonique Maxbotix (cela fonctionne avec d'autres capteurs ultrasoniques), mais il est possible d'utiliser un capteur de distance infrarouge avec le même montage, et un code source sensiblement similaire. Le capteur de distance sera utilisé pour détecter les obstacles. Si toutefois vous décidez d'utiliser uniquement des switchs pour la détection de contact, le MCP3008 n'est plus nécessaire.

Voyons maintenant le schéma électronique du robot, décrivant le câblage à réaliser pour faire fonctionner notre robot:

Si vous suivez ce câblage, vous disposerez d'un robot fonctionnel. Une seule chose n'est pas présente sur ce schéma : la méthode utilisée pour mettre les deux L293D en parallèle. Pour cela, il suffit de connecter la patte 1 de la puce A avec la patte 1 de la puce B, et ainsi de suite pour les 15 autres pattes. C'est assez simple à faire avec du jumper wire. Cela permet de cumuler la puissance disponible pour les deux puces.

Il est à noter qu'il s'agit d'UN schéma de câblage possible, mais on peut utiliser n'importe lesquels des GPIO du MCP23017. J'ai utilisé ceux que vous voyez sur le schéma afin de faire en sorte que celui ci soit le plus lisible possible, en minimisant les croisements.

Je ne détaillerai pas outre mesure les câblages, car il s'agit simplement d'une synthèse de tutoriels déjà postés:

• Utilisation d'un GPIO en entrée (lecture);
• Ajouter des entrées analogiques avec un MCP3008 et lire la valeur d'un potentiomètre;
• Déterminer la distance à un objet, avec un capteur de distance infrarouge Sharp, ou un capteur de distance ultrasonique Maxbotix;
• Déterminer la distance à un objet, avec un capteur de distance infrarouge Sharp, ou un capteur de distance ultrasonique Maxbotix;
• Ajouter des GPIO (jusqu'à 128!) au Raspberry Pi en le protégeant des erreurs, avec un MCP23017 (+16GPIO) ou un MCP23008 ( +8 );
• Commander un ou deux moteurs depuis les GPIO à l'aide d'une puce L293D.

La suite à la prochaine partie : Assemblage des éléments du robot et construction du châssis.