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Châssis

Choix du châssis

Il existe tout un éventail de moyens pour mouvoir un robot. Les chenilles, les hélices, les pattes d’araignées, les roues, les nageoires, les jambes, les pompes hydrauliques etc. Tout est question d’environnement. Je n’en ai vu aucun réellement apte à tout, mais beaucoup parfaitement adaptés à la ou les tâches qui leur étaient confiées.

Le Nagios Bot à pour vocation de surveiller une salle machine ou un entrepôt et d’informer des risques liés :

-  À la saturation de l’air par un gaz.
-  Aux champs magnétiques.
-  À des seuils thermiques.
-  À des seuils hydrométriques.
-  Aux radiations nucléaires.
-  À des intrusions.
-  Aux incendies.

Pour assurer sa tâche il doit aussi être à même :

-  D’utiliser une borne pour se recharger.
-  De se mouvoir et de surveiller un endroit ouvert.
-  De se recharger si possible via un panneau solaire.
-  Communiquer via WIFI/SMS/Radio.
-  D’être cool et sympathique.

Le choix d’un véhicule terrestre s’impose. Mais j’ai déjà essuyé un échec avec un véhicule à deux roues plus une pelle, la pelle se coinçait régulièrement entre les dalles des salles machines, de plus, les courroies de caoutchouc séchaient en raison du manque d’humidité et finissaient par se désagréger.

Il faut nécessairement 4 roues, et j’ai choisi 6 car j’aime bien les avantages que cela procure au détriment forcément de certaines choses.

Les avantages du 6WD

-  La souplesse.
-  La stabilité.
-  La possibilité des chenilles.
-  La précision.
-  L’absorption des chocs.
-  La capacité de portage.
-  L’espace, la surface.
-  La dissipation de la chaleur.

Les inconvénients du 6WD

-  La souplesse.
-  Le consommation.
-  L’amplitude.

Je vais revenir sur chacun de ces points, longuement.

Il faut savoir aussi que je voulais avant tout utiliser du matériel Arduino, mon choix s’est porté sur un châssis pré assemblé, de marque Dagu. Le Wild Thumper, en dehors d’être un excellent châssis, présente deux avantages remarquables : il existe une carte de gestion de la batterie et de moteurs compatible Arduino très complète et très adaptée, bien mieux que n’importe quel Engine Shield Arduino, vous verrez pourquoi, et il n’est pas très cher, au regard de ses concurrents.

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6WD dimension
6WD Wild Thumper dimension data sheet

Vidéo de démonstration

Je pourrais ajouter qu’il est capable de fonctionner avec 10kg de charge, que l’on peut jouer sur la tension et la suspension de chaque essieu, que les moteurs sont dans les essieux, et rendus étanches par ce fait...

Mais je lui ai aussi découvert un inconvénients majeur, ce qui nous amène au chapitre suivant.

Les batteries et les berceaux

Les deux berceaux qui constituent le fond du véhicule mesurent 14 centimètres de large, et un centimètre de plus serait plus que bienvenu.

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6WD cradles dimension
6WD Wild Thumper cradles dimension data sheet 1268 × 874 pixels

Le fait est que quasiment l’ensemble des batteries de modélisme adaptées sont constituées de 6 blocs assemblés en deux colonnes horizontales, elles ont toute la même taille, 13,2 centimètres. Les câbles de la batterie sont aussi quasiment tous pareils, ils sortent de la batterie par le cul, rarement par le coté. Aussi les 8mm de battement ne suffisent pas à courber les câbles proprement, la gaine se brise, ils se dénudent, et vient le court-circuit.

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Batterie 7,2v standard
2 colonnes de 3 batteries, et les câbles qui sortent par le cul, inutilisable.

Sur cette image, vous voyez à quel point les câbles d’une batterie sont comprimés contre le berceau, ils ont cédé.

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Ground Zero

Je parle de batteries SLA, NiCd et NiMh. On verra aussi pourquoi plus avant.

Alors après il reste plusieurs moyens. En voici quelques uns :

-  Scier, broyer, détruire, éradiquer un des deux panneaux latéraux d’un berceau, et attacher la ou les batteries comme un goret avec des serres-câbles, pouah !
-  Réduire à néant tous les calculs de nos ancêtres en mettant la batterie à l’étage supérieur, déplaçant le centre de gravité d’une manière qui favorisera la probabilité que le véhicule se retourne, vraiment bien :(
-  Utiliser des batteries dont les câbles sortent par le coté, et non le cul, vu en photo, mais jamais en vente.
-  Assembler ses batteries soi-même, le plus rationnel et le plus économique, mais pas forcément une partie de plaisir.
-  Trouver d’autres formes d’assemblage de batteries. Cela existe !

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Batterie 7,2v montage vertical
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Batterie 7,2v montage vertical

Les roues, les pneus

En regardant les vidéos de robots ou de voitures radiocommandés basées sur le Wild Thumper, je me suis amusé de voir que la majorité n’avait pas fait attention aux rainures des pneus. Elles ont un sens, elles forment un V, qu’il s’agit de mettre pointe en avant du véhicule, il y a donc 2 sortes de pneus, 3 pneus pour la gauche et 3 pneus pour la droite.

La carte contrôleur Wild Thumper

Vous pouvez voir sur la première image, la carte contrôleur Wild Thumper compatible Arduino et en dessous un Aduino MotorShield à enficher sur un Arduino Uno.

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Wild Thumper Controller Board
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Arduino MotorShield

Certaines différences sautent aux yeux. Sur la carte contrôleur Wild Thumper nous avons en plus :

-  un circuit de régulation de 2A pour recharger une batterie, indispensable pour que le robot puisse se recharger sur une borne ou un panneau solaire
-  deux fusibles qui protègent les groupes de moteurs droits et gauches
-  un dissipateur thermique en dessous du circuit.
-  une sortie 5V magique, puisse qu’elle permet d’alimenter d’autres Arduino ou un Raspberry PI.
-  Des voyants d’indication de l’état de charge de la batterie, de la tension et du trafic RX/TX.
-  Elle sait lire la tension de la batterie.
-  Elle sait mettre la partie du circuit qui alimente les moteurs complètement en veille, magique aussi.
-  ATMega128.

Vidéo de démonstration

Elle est vendue avec la visserie et les entretoises pour la fixer, et les positions des trous sont compatibles avec le châssis. Elle se loge facilement dans un des deux berceaux.

Avant d’utiliser la carte Wild Thumper

Première chose importante, le schéma pré-installé dans la carte ainsi que le fichier d’exemple fourni sont paramétrés pour utiliser une batterie d’une tension de 7,2V, c’est à dire la tension maximale des moteurs du châssis Wild Thumper. Sauf si vous utilisez comme moi une batterie de 7,2V, ne connectez pas cette batterie avant d’avoir compris et modifié les paramètres de tension.

Deuxième chose importante, RTFM !

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Wild Thumper Controller
Wild Thumper Controller Instructions

Et oui ! Cette documentation est super pauvre, aucune datasheet sérieuse, nous sommes dans l’artisanat. Et c’est tant mieux ! :) Cela me laisse le loisir d’écrire ceci. Car il s’agit de loisir.

Je vous aide ! Lisez celle-ci, c’est globalement la même documentation mais déjà bien annotée.

Et voici aussi le schéma complèt de la carte.

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Schéma du Contrôleur Wild Thumper

L’installation du logiciel

Tout d’abord, il vous faudra installer les drivers FTDI, les drivers D2XX et le logiciel Arduino IDE.

Même si votre contrôleur est détecté par l’Arduino IDE sans l’installation des drivers, vous risquez d’avoir des erreurs lors de la transmission de vos schémas : (avrdude : stk500_recv() : programmer is not responding).

Le choix de l’alimentation

Si la documentation semble dire qu’une alimentation de 6V à 18V convient, c’est faux. Le port USB ne fonctionne qu’avec une tension minimale de 12V.

A 9V, voici ce que j’ai : Avec un PC sous Windows, je vois le port USB mais celui ci n’est jamais mappé en port série par FTDI, sous Max OS X le port n’apparait même pas. Le tty.* et le cu.* ne sont pas visibles dans /dev.

Ce détail à son importance, vous ne pourrez pas utiliser le port USB dans votre robot pour recharger un schéma à la volée avec par exemple un Raspberry PI si votre batterie n’a pas une tension minimale de 12V. Même si utiliser un port USB est une mauvaise pratique, car trop gourmande, cela peut faire partie d’une étape de montage.

C’est cette même alimentation qui servira à recharger votre batterie sans avoir à la retirer de votre châssis. Choisissez-la avec soin, en maximum 2A, et au voltage correspondant à votre batterie dans le tableau ci-dessous. Un ventilateur peut être nécessaire pour refroidir la partie du circuit qui régule le courant qui se trouve juste à coté de la prise d’alimentation. Vous pouvez utiliser des batteries entre 2000mAh & 5000mAh et de type SLA, NiCd et NiMh si vous escomptez les recharger avec le régulateur de tension intégré. La prise d’entrée de l’alimentation est de type 4,0/1,7mm femelle. J’utilise cette alimentation 12v 2A.

Un ventilateur de 30x30mm 5V suffit bien, mais vous pouvez aussi repiquer sur l’alimentation externe pour avoir du 12V. Ce n’est pas forcément mieux, ce qui importe c’est le débit d’air en m³/h et la surface du flux. Dans le premier cas vous devrez utiliser une des portes pour ne faire fonctionner le ventilateur qu’en cas de recharge. Pour ma part, j’ai opté pour un ventilateur de 5V plus un capteur de température pour pouvoir activer mon ventilateur à la demande.

Voltage de la batterie Type de batterie Voltage du chargeur sans ventilateur Voltage du chargeur avec ventilateur
6V SLA / NiMh 9V 12V
7.2V - 9.6V NiMh 12V
12V SLA / NiMh 15V 18V
14.4V NiMh 18V

Le câble USB

La prise USB est au format Mini A. N’espérez pas utiliser le même câble que pour votre Arduino ou votre Raspberry PI, ils sont de Type A. C’est bien dommage.

Alors, en avant !

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Wild Thumper Source Code
Code source de démonstration de la carte contrôleur Wild Thumper.

Wild Thumper High Power Switch

Vous n’êtes absolument pas obligé d’utiliser un interrupteur entre la batterie et la carte contrôleur, les batteries ont toutes des connecteurs mâles/femelles que vous pouvez dégrafer manuellement. Et si vous désirez en mettre un, vous pouvez utiliser un interrupteur à levier ou à bascule à moins de deux euros. Choisissez-en un relatif à l’ampérage de votre batterie.

Vous pouvez aussi comme moi céder pour le Wild Thumper High Power Switch. Il en existe deux versions, une télécommandable, une non. Comme je souhaite pouvoir mettre en et hors tension l’ensemble du circuit "moteurs" de mon robot en fonction de la réserve restante et via l’ordinateur central, j’ai jugé judicieux de l’utiliser. De plus il dissipe un peu de chaleur, et permet par le jeu de résistances d’avoir un bouton bien plus petit que ce que à quoi l’ampérage vous oblige. Toutefois, faites bien attention à la version que vous achetez.

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Wild Thumper High Power Switch
Version sans télécommande
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Wild Thumper High Power Switch
Version avec télécommande.

Petit détail, lorsque je l’ai reçu, l’interrupteur était soudé de travers, j’ai du le dessouder, puis le souder à nouveau pour qu’il soit parallèle au typon.

Cet interrupteur peut fonctionner avec des batteries allant jusqu’à 24V. Sans ventilateur il peut tenir du 10A, avec jusqu’à 60A ! Une porte numérique lui permet d’être commandé par un signal de simplement 1V.

Il est vendu avec la visserie et les entretoises pour le fixer, et les positions des trous sont compatibles avec le châssis.

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High Power Switch
Documentation de l’interrupteur Dagu High Power Switch, mauvaise version !

Capteurs & châssis

Le Wild Thumper Controller ne se contente pas de gérer deux circuits de moteurs, il a aussi 5 portes analogiques et 7+2=9 portes numériques. Portes que je vous recommande d’utiliser pour l’ensemble des capteurs qui ne sont utilisés qu’en cas de déplacement du robot. Vous pourrez contrôler au plus rapide les moteurs, et lorsque vous n’avez plus assez d’énergie pour mouvoir le robot, il devient inutile de sonder par infrarouge, laser ou ultrasons s’il va tomber dans un trou ou heurter un obstacle. C’est très intéressant de pouvoir réellement couper la consommation de toute la partie motrice en période d’inactivité, y compris pour temps de recharge.

Certains capteurs existent avec une sortie numérique ou une sortie analogique. Je vais par exemple utiliser des capteurs infrarouges à sortie numérique pour la détection du sol, pour économiser les portes analogiques.

Porte Attribution Commentaires
D0 Serial TX Moteurs de gauche/puissance, utilisé normalement pour un récepteur modélisme radio standard.
D1 Serial RX Moteurs de droite/orientation, utilisé normalement pour un récepteur modélisme radio standard.
A1 Thermistance Surveille le régulateur de tension
A2 Ventilateur Refroidit le régulateur de tension
A3
A4 I²C/SDA Bus I²C des 3 Arduinos vers le Raspberry PI
A5 I²C/SCL Bus I²C des 3 Arduinos vers le Raspberry PI
D4
D5
D7 Sharp GP2D150A Capteur de distance par infrarouge numérique. Détection du vide à l’avant du véhicule. Résistance de 12KΩ. Plage de détection : 30-300 mm.
D8 Sharp GP2D150A Capteur de distance par infrarouge numérique. Détection du vide à l’arrière du véhicule. Résistance de 12KΩ. Plage de détection : 30-300 mm.
D9 Sharp GP2D150A Capteur de distance par infrarouge numérique. Détection des obstacles à l’avant du véhicule. Résistance de 12KΩ. Plage de détection : 30-300 mm.
D10 Sharp GP2D150A Capteur de distance par infrarouge numérique. Détection des obstacles à l’arrière du véhicule. Résistance de 12KΩ. Plage de détection : 30-300 mm.
D12
SPI

Coût

*Prix constatés courant 2013.

Pièce Fournisseur Quantité Total TTC
Châssis Wild Thumper 6WD 34:1 GoTronic 1 269,00 €
Carte contrôleur Wild Thumper GoTronic 1 73,80 €
Wild Thumper Power Switch GoTronic 1 17,70 €
Sharp GP2D150A GoTronic 4 59,20 €
Support pour capteur Sharp GoTronic 4 19,80 €

Consommation

Charge (poids)

(En cours de rédaction par Cédric Courlet)