Cet article présente la réalisation de la version 1 de l’électronique de commande des bras robotiques équipant le diorama de la Batcave du projet BATLab112.
Cahier des charges
Objectif général
L’objectif opérationnel est de réaliser une maquette électronique assurant la commande en mode manuel et en mode automatique des bras robotisés équipant le diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette maquette doit permettre dans un premier temps, une commande des bras robotiques suivant trois modes de fonctionnement : Mode manuel, Mode automatique, Mode apprentissage.
L’objectif pédagogique consiste à se familiariser avec les principes de commande des servomoteurs.
Spécifications fonctionnelles
La sélection des différents mode de fonctionnement des bras robotiques par l’opérateur doit s’effectuer par des boutons poussoirs. Des voyants assurent la visualisation des états de fonctionnement.
Mode manuel
En mode manuel, les 2 bras robotiques sont commandés indépendamment. La commande des articulations est réalisée par l’intermédiaire de potentiomètres rotatifs. Cette commande doit s’effectuer en temps réel. La rotation de l’axe d’un potentiomètre doit entrainer la rotation de l’articulation correspondante.
Mode automatique
En mode automatique, les 2 bras robotisés sont commandés, indépendamment ou simultanément, suivant des consignes différentes. La commande des articulations est gérée par une unité de contrôle dans laquelle sont enregistrées l’ensemble des consignes nécessaires.
Mode apprentissage
En mode apprentissage, les 2 bras robotisés sont commandés indépendamment ou simultanément. L’enchainement des positions à apprendre pour chaque bras robotisé est défini par l’utilisation des commandes du mode manuel. La restitution de l’enchainement des positions enregistrées pour chaque bras est réalisée en mode automatique.
Spécifications techniques
Les actionneurs à commander
Chaque articulation des bras robotiques est équipée d’un servomoteur. Chaque bras est ainsi équipés de 4 servomoteurs.
L’unité de contrôle
L’unité de contrôle est une Carte Arduino Due.
Listes du matériel
Liste du matériel support
| Désignation | Qté | Référence | Source |
|---|---|---|---|
| Platine de prototype | 1 | Breadboard 830 NeufTech | www.amazon.fr |
| Alimentation 5VDC | 2 | USB | |
| Alimentation 6VDC | 1 | Servomoteurs |
Remarque : Les composants des alimentations électriques seront spécifiquement traités dans un prochain article.
Liste des composants utilisés
| Désignation | Qté | Référence | Source |
|---|---|---|---|
| Unité de contrôle | 1 | Carte Arduino Due | store.arduino.cc |
| Bouton rotatif | 8 | Potentiomètre | www.amazon.fr |
| Bouton poussoir | 6 | Bouton poussoir tactile | www.amazon.fr |
| Voyant rouge | 2 | Led 3mm rouge | www.amazon.fr |
| Voyant bleu | 3 | Led 3mm bleu | www.amazon.fr |
| Voyant vert | 5 | Led 3mm verte | www.amazon.fr |
| * | 9 | Résistance |
Schéma de câblage
Dans le cadre du projet BATLab112, les schéma électriques ou électroniques sont réalisés avec le logiciel KICAD. Vous pouvez télécharger le fichier du schéma de câblage au format PDF par le lien qui suit.
Code Arduino
Commentaires concernant ce code
Le code présenté ici est une première approche pour mettre en oeuvre les fonctions nécessaires aux commandes des servomoteurs et valider le principe général de commande de la maquette. Ce code n’est donc pas optimisé.
Validation technique et fonctionnelle
La maquette du bras robotisé
Cette maquette est réalisée pour les besoins de la validation technique et fonctionnelle de l’électronique de commande associée au code développé pour la carte Arduino Due qui pilote l’ensemble.
Cette maquette est réalisée avec des emballages de briques de jus de fruit. Cette matière légère, est suffisamment résistante pour supporter les assemblages nécessaires (ruban adhésif + boulon). Elle présente aussi une face dont l’état de surface est semblable à celui de l’aluminium, ce qui donne un rendu plutôt satisfaisant.
Cette maquette ne respecte pas fidèlement le design conçu en modélisation 3D et présente des défauts de fabrication qui induisent des perturbations dans les mouvements telles que des vibrations.
La vidéo du mode automatique
Conclusions
Electronique de commande
Ces tests permettent de valider le montage de l’électronique de commande des servomoteurs.
Trois points d’améliorations sont identifiés pour être intégrés dans les futures versions.
- Point n°1 : Commandes manuelles
- Constat : Les actions sur les potentiomètres de commande des servomoteurs impliquent l’usage d’un tournevis.
- Evolution : Equiper les potentiomètres de boutons
- Points n°2 : Enregistrement des positions en mode automatique
- Constat : Les positions prédéfinies du mode automatique nécessitent la programmation de la Carte Arduino Due.
- Evolution : Disposer d’un interface plus élaboré que des boutons poussoirs pour enregistrer ces positions sans avoir recours à la re-programmation systématique de la carte (exemples : clavier + écran ou écran tactile).
- Points n°3 : Enregistrement des positions en mode apprentissage
- Constat : Le nombre de positions disponible dans le mode apprentissage est limité à 5, ce qui est insuffisant pour envisager des enchaînement de trajectoires complexes.
- Evolution : Disposer d’un interface plus élaboré que des boutons poussoirs et des Leds pour enregistrer ces positions (exemples : clavier + écran ou écran tactile).
Arduino Due + Code
Ces tests permettent de valider l’utilisation de la Carte Arduino Due et sa capacité à supporter le code nécessaire à la commande des servomoteurs.
Un point d’amélioration est identifié pour être intégré dans les futures versions.
- Point n°4 : Codage de trajectoire plus fluide
- Constat : Dans la démonstration réalisée en mode automatique les servomoteurs sont pilotés les uns après les autres pour atteindre chacune des positions. Cette méthode induit des mouvements lents et décomposés.
- Evolution : Développer un pilotage simultané des servomoteurs pour obtenir des mouvement plus fluides et rapides
Servomoteurs
Ces tests permettent de valider l’utilisation de 3/4 servomoteurs comme actionneurs des articulations des bras robotisés. Une effet, le servomoteur utilisé pour l’articulation de l’épaule semble manqué par moment de couple. Cependant, compte tenu de la qualité de fabrication de la maquette qui n’est pas optimum il est difficile de conclure.
BATLab112 
Bravo Stéphane. bon continuation
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Merci Ali !
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