Carte Holonome 2023 - Enfin soudée !

2 décembre 2022

Nous vous avions présenté la carte nue, la documentation interactive de la carte mais pas la carte soudée ! Il lui manque bien un ou deux connecteur, mais la voici :

Carte Holonome 2023 soudée

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Codeurs et asservissement des moteurs

29 novembre 2022

Ce week-end, nous avons changé le châssis en medium 3 mm (cassé) par un châssis en contre plaqué de 5 mm. En démontant les moteurs nous en avons profité pour installer les codeurs à l’arrière des moteurs. En effet, nos moteurs sont équipés d’un axe arrière dédié à la fixation d’un codeur.

Axe arrière du moteur

C’est sur cet axe arrière que nous fixons notre codeur en kit.

Codeur en kit

Pour ceux qui ne connaissent pas trop le fonctionnement de la roue codeuse, il s’agit d’une petite diode qui va éclairer un disque strié. Un récepteur va détecter la variation de lumière due aux stries et ainsi compter le passage des stries. En ajoutant un léger décalage avec un second capteur, il est possible de déterminer le sens de rotation du disque. Quelques informations supplémentaire par ici.

Voici notre disque en détail, c’est quand même une jolie pièce !

Disque du codeur

Une fois l’ensemble tout remonté, nous revérifions que la lecture des codeurs et le pilotage des moteurs fonctionnent bien. Une petite surprise nous attendait sur le moteur 3, un court-circuit maintenait la broche PWM à la masse...

Bref, le robot était presque prêt à faire ses premiers tours de roue. Dernière étape avant un déplacement sommaire, l’asservissement des moteurs.

Asservissement des moteurs

Voici notre démarche pour régler notre asservissement. Notez qu’il s’agit d’un processus itératif et que nous nous arrêtons dès que le résultat nous semble correct. Nous ne sommes pas allés chercher l’optimisation !

Pour nos essais, nous fixons une consigne à 500 mm/s et un gain P arbitraire.

Réglage initial

L’oscillation montre un gain trop fort. Nous le divisons par 2.

Première réduction du gain

Observons la valeur finale, de 350 à 400 mm/s. Nous ajoutons un intégrateur pour améliorer la précision de l’asservissement.

Ajout de l’intégrateur

Nous sommes plus près de 500 mm/s, mais ça oscille énormément. Nous divisons par 10 le gain de l’intégrateur.

Diminution de l’intégrateur

Le début semble encore bien oscillant. Nous savons que la période de calcul influe grandement sur la stabilité d’un système. Nous la diminuons de 5 millisecondes à 1 milliseconde. Les résultats sont flagrants.

Réudction du pas de temps

La montée brusque suivie de l’atteinte de la valeur finale par une montée bien plus lente laisse supposer que notre gain proportionnel (P) est trop faible par rapport à notre gain d’intégration (I). Ayant gagné en stabilité en réduisant le pas de calcul, nous pouvons augmenter le gain P (en le doublant).

ré-augmentation du gain P

En conclusion, nous noterons que nous obtenons des résultats très corrects sans peaufiner les gains. Nos principaux ajustements ont été de multiplier ou diviser par 2, 5 ou 10 les gains.

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Journal - 3 novembre 2022 - Aspiration et Gyroscope

3 novembre 2022

Deux semaines qui n’ont pas été des plus fructueuses, mais nous avons quand même quelques avancées à présenter...

 Le gyroscope et le Rpi Pico

Nous sommes passés à l’ADXRS453, censé être plus stable. Nous avons eu du mal à obtenir nos premières valeurs et les premières mesures n’ont pas montré de différences significatives avec notre L3DG20H.

En statique, la vitesse renvoyée varie de +/- 0,01°/s sur les deux modèles.

L’ADXRS453 a quand même plusieurs points pour lui, notamment une compensation de la température intégrée. Les résultats en intégrant la vitesse sur 90s sont entre corrects et bons.

 Côté mécanique - Aspiration des balles

C’est l’aspiration des balles qui nous fait transpirer en ce moment. Notre premier prototype en papier et carton montrait que la turbine avait une puissance d’aspiration suffisante pour attraper les balles.

Notre second prototype avait pour mission de :

1. Montrer la faisabilité technique d’utiliser du papier mâché
2. Valider les grands principes de fonctionnement : avoir un tuyau large pour limiter les pertes de charge du flux d’air et utiliser un guide à l’intérieur du "tuyau" pour dévier les balles du flux initial.

Réalisé en papier mâché, il a fallu le découper dans la longueur pour extraire le "moyeu". Notons l’astuce du papier d’aluminium pour éviter que le papier mâché colle à la forme !

Ce qui permet d’installer les guides, ici en fil de cuivre, pour dévier la balle du flux d’air.

En recollant les deux morceaux, nous obtenons notre pièce terminée.

Les résultats ne valident pas intégralement la solution. Le système attrape les balles/cerises mais dès que le tuyau s’élargit, l’aspiration n’est pas suffisante pour continuer de soulever les balles, de les projeter contre le guide (qui est au-dessus des balles) et les sortir du flux. Par contre, l’utilisation du papier mâché donne des résultats satisfaisants. Il se découpe et recolle bien ! Ce qui nous incite à réaliser une nouvelle pièce qui pourrait être la pièce finale. Il sera possible de la couper et recoller sans tout refaire de zéro.

Nous partons sur un conduit fin 26mm de diamètre, sur une séparation des balles du flux d’air sur une section relativement horizontale avec le flux d’air allant vers le haut, la balle vers le bas. Nous agrandissons aussi la section à cet endroit pour que la balle ne soit plus aspirée par le flux d’air. Et bien sûr, nous installerons le guide en fil de cuivre. Voilà le plan !

 Le chant du signe de Capsicum

Capsicum, notre robot 2022 fera sa - probablement - dernière sortie dans 2 semaines. Nous avons l’occasion de présenter nos activités de robotique. Si vous passez dans le coin, venez nous retrouver à la médiathèque de Riom, le samedi 19 novembre 2022.

Est-ce que ceci nous motivera pour écrire une page de présentation pour Capsicum ? Peut-être...

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Journal - 16 octobre 2022

16 octobre 2022

Un mois sans donner de nouvelles ! Comment avons-nous pu faire ça ? Et maintenant, nous avons tellement de choses à raconter, et pas trop de temps... Ce sera donc bref.

 Le gyroscope et le Rpi Pico

Dans l’idée de se faire la main sur le Raspberry Pi Pico, qui servira de contrôleur sur notre prochaine carte électronique, nous testons alors le gyroscope L3GD20H. Nous observons des phénomènes un peu bizarres. Il nous faudra du temps pour comprendre que sur les 3 axes du gyroscope, celui que nous comptions utiliser (l’axe Z) est le pire des trois.

Nous mesurions une dérive régulière de 8°/minutes, en statique. Une analyse plus poussée montrera que cet axe met plus de temps à se stabiliser que les autres... Notre calibration se servait alors de ces valeurs fausses, créant cette dérive.

Gyroscope L3GD20H - traitement non-optimal

Les autres axes (X et Y) ne sont pas parfaits mais exploitables.

Déçus, nous achetons un second ADXRS453, pour voir si nous obtenons de meilleurs résultats. Les essais sont en cours.

Globalement, l’environnement du Rpi Pico manque un peu de légèreté, cmake est affreux, l’intégration à VS Code bien mais pas géniale. La puce reste puissante par rapport à nos anciens microcontrôleurs et la liaison USB est extrêmement pratique. L’intégration facile sur une plaque de test est aussi un très gros plus !

Rpi Pico et son gyroscope

Un petit mot sur la documentation. Si vous souhaitez bien maîtriser la bête vous aurez besoin des documents suivants :

• Le guide de démarrage rapide ;
• La fiche technique du Rapsberry Pi Pico (la carte) ;
• La documentation du SDK en C/C++ ou son pendant en python ;
• La fiche technique du RP2040 parce que le SDK en C/C++ ne couvre pas forcément tout ;
• La FAQ ne m’a pas été utile, mais ne pas la lire est certainement une erreur.

 La carte électronique

Début octobre, nous nous sommes concentrés sur la carte électronique. Le schéma puis le routage dans la foulée. L’architecture se base sur 2 Rpi Pico reliés en I2C. Un qui gère le déplacement (moteurs, codeurs, gyroscope) qui sera le maître et gérera aussi la stratégie. L’autre analysera les capteurs et mettra les informations à disposition du maître. Comme nous avons eu peur que ça fasse juste en termes d’entrées-sorties, nous avons rajouté une extension d’entrées/sorties I2C (TCA9535).

Nous avons reçu la carte et les composants, y’a plus qu’à souder...

Carte Holonome 2023 nue

On admire la sérigraphie :

Sérigraphie de la carte 2023

Une fois soudée, la carte pourrait ressembler à ceci :

Carte Holonome 2023 - modélisation

 Côté mécanique

La base roulante progresse, grâce à notre scie à chantourner. Nous manquons de vis, rondelles et écrous pour l’assembler proprement...

Base roulante holonome

Dommage, non ?

Base roulante holonome

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Règlement 2023 et notre programme

16 septembre 2022

Le brouillon du règlement de la coupe est disponible, sur le site de la coupe de France de robotique. Cela fait donc une semaine que nous réfléchissons activement au règlement.

C’est un règlement à l’opposée de celui de l’an dernier, avec une table presque sans obstacle qui incite à avoir des robots qui se déplace bien, voire très bien sur le terrain !

Alors, en attendant la version finale du règlement - la FAQ peut vous indiquer dans quel sens évolue le règlement - nous ébauchons nos robots.

Cette année nous sommes très tentés d’avoir deux robots. Le premier sera basé sur notre architecture de 2014 et sera chargé de marquer les points avec les gâteaux. Le second robot sera bien différent du premier et s’occupera des cerises. Voici ce que nous avons en tête avec les principales étapes du projet.

 Robot des gâteaux

Basé sur le robot historique, nous réutiliserons les roues, les moteurs, le gyroscope et notre magnifique carte électronique maison. Il embarquera les 10 cerises du départ, devra pousser et tirer les gâteaux dans les assiettes et leur déposer une cerise dessus. Voici notre programme (pas forcément dans l’ordre) :

• Programmation : gérer les accélérations et décélération au niveau des trajectoires
• Programmation : Arrêt de l’asservissement en cas d’erreur trop grande
• Mécanique : actionneur pour prendre une cerise du réservoir du robot et la déposer sur un gâteau
• Mécanique : refaire le châssis, diminuer le périmètre non-déployé
• Programmation - optionnel : Gérer la stratégie haut niveau avec le Raspberry Pi

 Robot des cerises

Nous partons de zéro pour ce robot. Pour la localisation, nous tentons de rester sur l’architecture qui nous a si bien réussi : des codeurs sur les moteurs. Pour le reste, l’objectif est de changer un peu des technologies utilisées depuis 2014 sur nos robots. Ce sera donc un robot holonome, d’un diamètre modeste (nous visons 25cm). Le cœur de l’électronique sera un Raspberry Pi Pico et pour le pilotage des moteurs, nous hésitons entre des LMD18200 ou des modules de type Pololu. Sur ce robot, notre programme est très chargé :

• Mécanique : base roulante holonome
• Mécanique : intégration de l’électronique
• Mécanique : intégration de la batterie
• Électronique : prototypage sur plaque de test pour valider les capteurs/actionneurs
• Électronique : conception de la carte
• Programmation : lecture du gyroscope à partir du RPI Pico
• Programmation : lecture des capteurs de couleur à partir du RPI Pico
• Programmation : lecture des codeurs à partir du RPI Pico
• Programmation : portage du code des servomoteurs (ou utilisation des PWM ?)
• Programmation : portage des codes de déplacement sur RPI Pico (asservissement, construction des trajectoires, accélération et décélération, arrêt sur erreur trop grande)
• Divers : système de préhension et de dépose des cerises
• Divers : système d’évitement.

 En gros

Un programme bien (trop ?) chargé. Alors nous essayons de ne pas trop traîner, nous avançons bien côté shopping. Nous espérons avoir fini de commander les composants nécessaire à la nouvelle roulante ce week-end. Ensuite, nous nous focaliserons sur le RPI Pico...

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