Rpibot – À propos de l'apprentissage de la robotique

Il s'agit d'une plate-forme robotique mobile simple et bon marché conçue pour l'apprentissage et l'extension. J'ai expliqué mon concept et aussi mes problèmes que j'ai résolus.

Je suis ingénieur logiciel embarqué dans une entreprise automobile allemande. J'ai commencé ce projet en tant que plate-forme d'apprentissage pour les systèmes embarqués. Le projet a été annulé tôt mais je l'ai tellement apprécié que j'ai continué pendant mon temps libre. Voici le résultat…

J'avais les exigences suivantes :

• Matériel simple (l'accent est mis sur le logiciel)
• Matériel pas cher (environ 100 €)
• Extensible (certaines options font déjà partie de la description)
• Tension d'alimentation pour tous les composants à partir d'une seule source 5 V (powerbank)

Il n'y avait pas vraiment d'objectif en dehors de l'apprentissage. La plateforme peut être utilisée pour l'apprentissage, la surveillance, les concours de robotique, …

Ce n'est pas un tutoriel pour débutant. Vous avez besoin de connaissances de base sur :

• Programmation (Python)
• Électronique de base (pour connecter les modules entre eux par la bonne tension)
• Théorie de base du contrôle (PID)

Enfin, vous rencontrerez probablement des problèmes comme je l'ai fait. Avec un peu de curiosité et d'endurance, vous traverserez le projet et résoudrez les défis. Mon code est aussi simple que possible et les lignes de code critiques sont commentées pour donner des conseils.

Le code source complet et les fichiers sont disponibles ici : https://github.com/makerobotics/RPIbot

Fournitures :

Mécanique

• 1x panneau de contreplaqué (format A4, 4 mm d'épaisseur)
• 3x vis et écrou M4 x 80
• 2x Motoréducteurs avec arbre de sortie secondaire pour encodeur. Roues.
• 1x roue libre
• 1x support de caméra panoramique et inclinable (en option)

Électronique

• 1x Raspberry Pi Zero avec en-tête et caméra
• 1x servocommande PCA 9685
• 2x roue et circuit d'encodeur optique
• 1x cavaliers femelles
• 1x batterie externe USB
• 1x pilote de moteur double DRV8833
• 2x Micro servos SG90 pour le panoramique et l'inclinaison de la caméra (en option)
• 1x MPU9250 IMU (facultatif)
• 1x capteur de distance à ultrasons HC-SR04 (en option)
• 1x carte perforée et fil à souder, embases, …

Étape 1 : Construire le châssis

Je ne suis pas un bon concepteur mécanicien. De plus, l'objectif du projet est de ne pas passer trop de temps dans le châssis. Quoi qu'il en soit, j'ai défini les exigences suivantes :

• Matériaux bon marché
• Montage et démontage rapides
• Extensible (par exemple, espace pour les capteurs ajoutés)
• Matériaux légers pour économiser de l'énergie pour l'électronique

Un châssis simple et bon marché peut être fait de contreplaqué. Il est facile à usiner avec une scie à chantourner et une perceuse à main. Vous pouvez coller de petites pièces en bois pour créer les supports pour les capteurs et les moteurs.

Pensez au remplacement des composants défectueux ou au débogage électrique. Les pièces principales doivent être fixées par des vis pour être remplaçables. Un pistolet à colle chaude peut être simple, mais probablement pas la meilleure façon de construire un châssis… J'ai eu besoin de beaucoup de temps pour réfléchir à un concept simple pour démonter les pièces facilement. L'impression 3D est une bonne alternative, mais peut être assez coûteuse ou prendre du temps.

La roue libre est enfin très légère et facile à monter. Les alternatives étaient toutes lourdes ou pleines de frictions (j'en ai essayé quelques-unes avant de trouver la dernière). Je n'ai eu qu'à couper une entretoise en bois pour niveler la roue libre de queue après avoir monté les roues principales.

Propriétés de la roue (pour les calculs logiciels)

Circonférence :21,5 cm
Impulsions :20 impulsions/tour.
Résolution :1 075 cm (enfin 1 impulsion fait environ 1 cm, ce qui est facile pour les calculs logiciels)

Étape 2 :Électronique et câblage

Le projet utilise différents modules comme indiqué sur le schéma.

Le Raspberry Pi Zero est le contrôleur principal. Il lit les capteurs et contrôle les moteurs par un signal PWM. Il est connecté à un PC distant par wifi.

Le DRV8833 est un pont en H à double moteur. Il fournit le courant suffisant aux moteurs (ce que le Raspberry Pi ne peut pas faire car les sorties ne peuvent fournir que quelques mA).

L'encodeur optique fournissent un signal de forme carrée chaque fois que la lumière traverse les roues codeuses. Nous utiliserons les interruptions matérielles du Raspberry Pi pour obtenir les informations à chaque fois que le signal bascule.

Le pca9695 est une carte d'asservissement. Il communique par un bus série I2C. Cette carte fournit les signaux PWM et la tension d'alimentation qui contrôlent les servos pour le panoramique et l'inclinaison de la came.

Le MPU9265 est une accélération à 3 axes, une vitesse de rotation angulaire à 3 axes et un capteur de flux magnétique à 3 axes. Nous l'utiliserons principalement pour obtenir le cap de la boussole.

Les différents modules sont tous reliés entre eux par des cavaliers. Une planche à pain agit comme un répartiteur et fournit des tensions d'alimentation (5V et 3,3V) et des masses. Les connexions sont toutes décrites dans le tableau des connexions (voir pièce jointe). Connecter 5V à une entrée 3,3V détruira probablement votre puce. Faites attention et vérifiez deux fois tout votre câblage avant de l'alimenter (ici surtout l'encodeur doit être pris en compte). Vous devez mesurer les tensions d'alimentation principales sur la carte de répartition avec un multimètre avant de connecter toutes les cartes. Les modules ont été fixés par des vis en nylon dans le châssis. Là aussi j'étais content de les avoir réparés mais aussi démontables en cas de dysfonctionnement.

La seule soudure était finalement les moteurs et la maquette et les en-têtes. Pour être honnête, j'aime les fils volants, mais ils peuvent entraîner une mauvaise connexion. Dans certaines situations, certaines surveillances logicielles peuvent vous aider à analyser les connexions.

Source :Rpibot – À propos de l'apprentissage de la robotique