Construire Sauron : Robot semi-humanoïde – Guide complet Arduino Mega 2560

Composants et fournitures

• Arduino Mega 2560 (×1)
• 1Sheeld (×1)
• Appareil Android (×1)

Outils nécessaires

• Découpeuse laser

Applications et services en ligne

• Arduino IDE

À propos du projet

Fan du Seigneur des Anneaux ? Vous connaissez Sauron ! Ce projet réalise un robot semi-humanoïde de taille humaine à son effigie.

Le robot possède deux bras à 3 degrés de liberté (DDL) et une tête à 3 DDL sur une base fixe. Il fonctionne en trois modes, sélectionnables via deux boutons poussoirs sur entrées numériques :

1. Mode Veille : Démonstration automatique de mouvements pour attirer l'attention lors d'événements.
2. Mode Manette : Contrôle manuel via le shield Gamepad de l'application 1Sheeld.
3. Mode Imitation : Le robot reproduit les mouvements de l'utilisateur (comme le gamin dans Real Steel). On porte un gant avec smartphone fixé ; l'Arduino lit les capteurs (orientation, gyroscope) et pilote les bras.

Projet réalisé pour la New York Maker Faire afin d'inspirer les enfants à utiliser Arduino et 1Sheeld pour construire leurs personnages de films (ATOM dans Real Steel, Sauron dans LOTR). Tous les fichiers nécessaires (CAO, schémas, codes, DXF pour laser) sont fournis.

Étape 1 : Construction de la tête

Pour gagner du temps, j'ai utilisé la tête robotique open-source « Fritz » de xyzbot. Fichiers laser fournis, découpés en contreplaqué 3 mm dans un makerspace local. J'ai omis l'impression 3D des yeux, les lèvres et sourcils pour réduire coût et temps. Suivez la vidéo d'assemblage de Fritz en sautant : base, pièces 3D des yeux, sourcils, lèvres.

Étape 2 : Construction du corps

Corps portable, assemblage rapide pour voyages. Structure en tiges Artelon et contreplaqué 3 mm, joints à tenon-mortaise pour fixer torse, épaules, cou, dos. Vis 4×20 mm pour cadre bois/Artelon, vis 12×30 mm pour squelette/base, vis 4×10 mm pour servos/cadre. Squelette Artelon en 5 parties : tige de base (50 mm), squelette (25 mm), trois traverses (15 mm). Plans joints.

Étape 3 : Création de la base

Base en tôle 6 mm conçue sous Solidworks, fixée au bureau par 3 vis ou 2 serre-joints 4″. Allégée par découpes. Vis 12×30 mm pour fixer squelette Artelon. Fichier DXF fourni.

Étape 4 : Construction des bras

Défi principal : bras modulaires, démontables facilement pour transport. Conception polyvalente : avant-bras interchangeable (épée, crochet, poing, pince). Cadre en contreplaqué 3 mm, articulations d'épaule en pantilt aluminium, armes en balsa. Calcul de couple sous Solidworks (3 kg/cm requis, moteurs plus puissants utilisés). Articulations d'avant-bras découpées laser via Autodesk 123D Make (tranches). Fichier Solidworks joint pour modifications.

Étape 5 : Casque et armure Sauron (cosplay)

Réalisation du cosplay avec l'ami Kareem, basé sur tutoriels Instructables (Sauron Cosplay, Casque), adaptés aux dimensions du robot.

Étape 6 : Électronique du robot

1. Arduino Mega + 1Sheeld pour piloter les servos des bras et tête.
2. Alimentation 5 V / 5 A pour moteurs et Arduino.
3. Petite plaque d'essai pour regrouper VCC/GND moteurs et alimentation.
4. 1Sheeld : plateforme de prototypage rapide qui connecte les capteurs du smartphone (Bluetooth) à l'Arduino. Shields utilisés : Gamepad, Orientation, Music Player, Toggle Button, Terminal.

• Gamepad Shield : Interface manette sur smartphone, contrôle servos manuellement.
• Orientation Shield : Smartphone sur gant, mappe les valeurs capteurs vers angles servos.
• Music Player Shield : Joue une piste voix de Sauron synchronisée avec mouvement bouche.
• Toggle Button Shield : Sélection du mode sans boutons physiques.
• Terminal Shield : Remplace le moniteur série IDE (1Sheeld ne peut communiquer simultanément avec PC et Bluetooth).

Étape 7 : Code Arduino

1. Placez 1Sheeld sur l'Arduino, branchez sur PC.
2. Installez l'application 1Sheeld sur Android (Play Store : 1sheeld.com/app).
3. Téléchargez la bibliothèque 1Sheeld, placez-la dans libraries Arduino.
4. Ouvrez le sketch Arduino (fichier joint).
5. Basculez 1Sheeld en mode « Uploading » (interrupteur UART éloigné du logo) avant téléversement pour éviter conflits série.
6. Téléversez, puis remettez l'interrupteur en mode « Operating » (vers le logo).
7. Lancez l'application 1Sheeld, connectez via Bluetooth (code par défaut 1234).
8. Sélectionnez les shields : Gamepad, Orientation, Music Player, Toggle Button, Terminal ; appuyez sur l'icône multi-shields.
9. Au démarrage, mode Veille par défaut. Pour mode Gamepad : Toggle Button → broche 2 → ON. Pour retour Veille : OFF.
10. Pour mode Imitation : Toggle Button → broche 3 → ON (broche 2 à LOW).

Étape 8 : Sauron à la Maker Faire New York

Photos de l'événement (non incluses).

Étape 9 : Travaux futurs

• Vidéo d'assemblage et test des trois modes.
• Tête : ajouter les moteurs restants et imprimer pièces 3D des yeux (paupière, support, anneau, axe, coque boule).
• Base : remplacer base fixe par base à 4 roues mécanum pour mobilité (conception Solidworks terminée, pas encore intégrée).

Code Arduino (Sauron)

#define CUSTOM_SETTINGS
#define INCLUDE_GAMEPAD_SHIELD
#define INCLUDE_MUSIC_PLAYER_SHIELD
#define INCLUDE_TERMINAL_SHIELD
#define INCLUDE_ORIENTATION_SENSOR_SHIELD
#include <OneSheeld.h>
#include <Servo.h>

Servo rightArm_Motor1, rightArm_Motor2, rightArm_Motor3;
Servo leftArm_Motor1, leftArm_Motor2, leftArm_Motor3;
Servo neckHorizontal, neckVertical, mouth;

const int modePin1 = 2;
const int modePin2 = 3;
volatile int modeState1 = LOW;
volatile int modeState2 = LOW;
volatile boolean gamepadMode_Enabled = false;
volatile boolean imitationMode_Enabled = false;
const int ledPin1 = A0;
const int ledPin2 = A1;

void setup() {
  OneSheeld.begin();
  pinMode(modePin1, INPUT);
  pinMode(modePin2, INPUT);
  pinMode(ledPin1, OUTPUT);
  pinMode(ledPin2, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin1, HIGH);
  digitalWrite(ledPin2, HIGH);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(modePin1), gampadMode_ChangeISR, CHANGE);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(modePin2), imitationMode_ChangeISR, CHANGE);
  rightArm_Motor1.attach(4); rightArm_Motor2.attach(5); rightArm_Motor3.attach(6);
  leftArm_Motor1.attach(7); leftArm_Motor2.attach(8); leftArm_Motor3.attach(9);
  neckHorizontal.attach(10); neckVertical.attach(11); mouth.attach(12);
  // Position initiale
  rightArm_Motor1.write(95); rightArm_Motor2.write(150); rightArm_Motor3.write(20);
  leftArm_Motor1.write(90); leftArm_Motor2.write(45); leftArm_Motor3.write(180);
  neckHorizontal.write(105); neckVertical.write(30); mouth.write(100);
}

void loop() {
  modeState1 = digitalRead(modePin1);
  modeState2 = digitalRead(modePin2);
  if (modeState1 == HIGH) { Terminal.println("GamePad Mode was selected"); gamePadMode(); }
  else if (modeState2 == HIGH) { Terminal.println("Imitation Mode was selected"); imitationMode(); }
  else { Terminal.println("Standby Mode was selected"); standbyMode(); }
}

void standbyMode() {
  Terminal.println("Standby mode activated");
  // Séquence de 9 positions avec mouvements synchronisés bouche/musique
  // Chaque position : positionne servos, joue son, bouge bouche 20 fois (150 ms), pause 3 s
  // Vérifie interruption mode Gamepad/Imitation entre chaque position
  // Position 1 : position initiale
  // Position 2 : tête 90→0→180→90
  // Position 3 : bras et tête à 45°
  // Position 4 : bras droit et tête à 135°
  // Position 5 : tête au centre
  // Position 6 : bras levés
  // Position 7 : bras écartés
  // Position 8 : frappe bras droit
  // Position 9 : frappe bras gauche
  // Retour position initiale avec 50 cycles bouche
  // (Code complet dans le sketch original)
}

void gamePadMode() {
  Terminal.println("Gamepad mode activated");
  if (GamePad.isUpPressed()) { /* bras haut */ }
  if (GamePad.isDownPressed()) { /* bras bas */ }
  if (GamePad.isRightPressed()) { /* bras droit */ }
  if (GamePad.isLeftPressed()) { /* bras gauche */ }
  if (GamePad.isRedPressed()) { /* combo 1 */ }
  if (GamePad.isOrangePressed()) { /* combo 2 */ }
  if (GamePad.isGreenPressed()) { /* combo 3 */ }
  if (GamePad.isBluePressed()) { /* combo 4 */ }
}

void imitationMode() {
  Terminal.println("Imitation mode activated");
  if (OrientationSensor.getY() > -90 && OrientationSensor.getY() <= 90) {
    leftArm_Motor1.write(map(OrientationSensor.getY(), -90, 90, 0, 180));
  }
  if (OrientationSensor.getZ() > -70 && abs(OrientationSensor.getZ()) <= 70) {
    leftArm_Motor2.write(map(OrientationSensor.getZ(), 0, 60, 100, 160));
    leftArm_Motor3.write(map(OrientationSensor.getZ(), 0, 60, 160, 100));
  }
}

void gampadMode_ChangeISR() {
  if (gamepadMode_Enabled && !imitationMode_Enabled) {
    gamepadMode_Enabled = false; imitationMode_Enabled = false;
  } else {
    gamepadMode_Enabled = true; imitationMode_Enabled = false;
  }
}

void imitationMode_ChangeISR() {
  if (imitationMode_Enabled && !gamepadMode_Enabled) {
    gamepadMode_Enabled = false; imitationMode_Enabled = false;
  } else {
    gamepadMode_Enabled = false; imitationMode_Enabled = true;
  }
}

Schéma de câblage

Schéma de connexion (image non incluse).