Construction d'un robot commandé par ordinateur

Description :  

Dans cette article nous vous présentons , la construction d'un robot géré par ordinateur.La réalisation d'un robot dirigé par ordinateur nous a obligé à nous intéresser tout d'abord à la construction d'une interface, véritable lien entre l'ordinateur et l'engin; le port le plus approprié nous a semblé être le port parallèle, bien que restreint au niveau du nombre de sorties, et donc au niveau des moteurs ou éléments contrôlables...

 

Les caractéristiques du robot ont donc été définies par le nombre même de ces éléments contrôlables et l'ajout, comme initialement prévu, d'une pince, d'un balais-brosse, ou d'un aspirateur nous a été impossible ...
Notre robot est tout de même capable, et ce n'est pas rien, de se mouvoir, controlé en local ou à distance, par Internet, grace à un programme puissant et simple d'utilisation... Un générateur et un interpréteur de scripts intégrés permettent l'enregistrement de séquences de mouvements pouvant, elles aussi être exécutées aussi bien en local qu'à distance... efficace et très pratique pour suivre un parcours prédéfini, ou empreinter à répétition une trajectoire donnée...

Le projet dans son ensemble, comprennant étude, réalisation et tests des différents éléments nous a pris une bonne centaine d'heures en tout et pour tout ; c'est pourquoi nous espérons avoir contribué, par nos moyens restreints, à une avancée somme toute modeste, à une démonstration qui, souhaitons-le, en encouragera d'autres... A ces expérimentateurs futurs, et à vous qui avez comme but la réalisation du SpeeDor, chez vous et grace aux indications contenues sur ce site, nous souhaitons bonne chance... 

Spécificités techniques

Le robot en lui même est constitué de plaques de contre-plaqué, et de carton souple pour l'extérieur et de matériel légo pour la partie intérieur, comprenant les moteurs, les axes et les roues...
De petits composants électroniques ont aussi été incorporés à l'intérieur de la structure pour une plus grande originalité et un soucis de réalisme (leds à l'arrière et à l'avant, buzzer pour simuler un klaxon...).
L'interface a été élaborée suivant un schéma électronique détaillé, réalisé par nos soins; de plus, par soucis de polyvalence, toutes les liaisons terminales sont de type mini-jack, permettant la réutilisation de l'interface à d'autres fins...
Le programme, quant à lui, a été entièrement réalisé sous Delphi 4, version client / serveur, et permet la mise en serveur du poste, ainsi que le contrôle local ou à distance du robot. Il permet, en outre, la réalisation de scripts visant à automatiser certaines taches définies par l'utilisateur, comme une trajectoire, une boucle...
L'intégralité des liaisons a été élaborée en matériel de récupération et l'éventualité d'une liaison par infrarouge permettant une plus grande indépendance du robot qui est, à l'heure actuelle, limité dans ses déplacements par les câbles qui l'alimentent, a été abandonnée faute de moyens... elle est néanmoins possible et conseillée...
L'alimentation est assurée par transformateur reliant le courant secteur à l'interface et l'ordinateur sert alors à alimenter les relais, permettant le passage ou le blocage du courant issu du transformateur... 

Interface :

Présentation  Véritable lien physique entre l'ordinateur et le robot, l'interface est le centre nerveux du mobile. Réalisée sur une plaquette perforée en backélité, son prix de revient tourne autour de 200F.
Bien sur, cette interface ne se limite pas à la simple utilisation du SpeeDor mais se veut polyvalente au possible, connectée par le port parallèle, présent sur tous les ordinateurs, du plus vieux au plus récent; celui-ci nous a paru être le meilleur compromis entre efficacité et adaptabilité.
Les chapitres suivants vous permettrons de réaliser par vous même, et facilement, le montage d'une telle interface. Alors faites chauffer vos fers à souder, c'est parti !!!

Liste des composants 

Cette partie est celle qui représente le plus gros investissement ; en effet, la récupération des composants utiles s'avère délicate... l'achat de matériel neuf s'impose donc... Mais pas de panique, l'argent de poche d'un mois ou deux devrait largement suffir...
Voici donc la liste des courses :
- 1 circuit intégré ULN2803A
- 1 diode 1N4004
- 1 alimentation (adaptateur secteur)
- 1 fiche port-parallèle
- 8 relais 1RTDC de 6 Volts
- 8 leds rouges (diam. 5mm)
- 9 résitances de 390 Ohms
- 13 jacks femmelles 2,5 en mono
- 1 led verte (diam. 3mm)
- Des kilomètres de fil électrique...

Réalisation technique

Le montage suivant vous permettra, pour peu que vous vous y connaissiez un poil en électronique, d'arriver à terme de la création de l'interface. Vous noterez que le montage ne représente aucune difficulté particulière, et se veut des plus simplistes. Alors courage, une petite heure devrait être bien plus que suffisante -profitez d'une page de pubs pour vous y mettre...Voilà le plan de base, auquel vous pourrez ajouter, comme nous, des relais ; cependant ceci n'est pas indispensable...

Voilà, au final, ce que vous devriez obtenir...

Pour vous assurer du bon fonctionnement de l'interface, vous pouvez télécharger ce petit programme de test fort sympathique, créé par vos serviteurs... je sais, c'est marrant, mais ce n'est pas un jouet tout de même...

Télécharger le programme de test :    ICI

Robot:

Présentation 

A la base, simple boite de Mont d'Or roulante (Appelation d'origine contrôlée) servant pour les tests, le mobile a, par la suite, été élaboré à partir de matériaux récupérés et bon marché ; la coque externe a été conçue à base de contre-plaqué, dont les différentes parties ont été collées puis clouées, afin d'assurer la longévité et la solidité de la structure.
La partie interne, comprenant l'axe des roues a, quant à elle, mobilisé toute notre attention, pour finalement être réalisée en Légos, la récupération de moteurs ayant étée, pour nous, des plus simples, et totalement gratuite (ne me dites pas que vous n'y jouiez pas, étant petits, ou que vous n'avez pas un petit frère prêt à sacrifier son dernier modèle pour une utilisation plus pointue et pour le moins originale et artisanale)...
Ainsi, il vous est facilement possible, grace aux indications suivantes, de constituer votre propre robot, à faible coût et en peu de temps, de 2 à 3 heures maximum... alors à vos perceuses...c'est parti !!! 

Matériel 

En fait, le montage du robot peut se diviser en 3 opérations principales :
- la fabrication de la coque externe (du bricolage pur et simple...à vos marteaux...)
- la mise en place de la structure interne, moteurs et roues (un Brevet de Technicien Supérieur en Légos n'est pas exigé ! Même votre cousin de 4 ans y arriverait...)
- le cablage, afin de relier robot et ordinateur par le biais de l'interface.

Chaque phase implique évidement un matériel propre et spécial, mais relativement peu cher ; en effet, limités par nos moyens financiers (résumés en un mois d'argent de poche !) nous avons tout fait pour limiter les dépenses... Bien sûr, certains composants à notre portée ne le seront peut-être pas pour vous ; ainsi, nous vous encourageons vivement à y mettre du votre pour trouver ce qui pourrais remplacer tel ou tel objet (je pense, par exemple, aux moteurs légos qui peuvent bien évidement être remplacés par de petits moteurs présents, par exemple, dans des voitures radio-commandées, ou dans des magnétoscopes... un petit détour par la déchetterie du coin s'impose...). Voici donc la liste du matos utile :

En détails :
Pour la structure externe :
- Une plaque de contre-plaqué de 30 x 60 cm.
- Une bande cartonnée, assez souple, de 17 x 60 cm
- Une lamelle de bois récupérée sur le couvercle d'une boite de Mont d'Or
- Tous les gadgets qui vous permettrons de personaliser votre robot...
Pour la structure interne :
- Du matériel Légos, comprenant plaque (8x16), 2 rouages, 2 roues, 2 moteurs avec leurs fils d'alimentation respectifs, 2 barres...
Enfin, bref, tout ça quoi :

Pour le câblage :
Ici, un fer à souder et 4-5 mètres de fil électrique devraient largement suffir. Prévoyez tout de même 9 mini-jacks mâles...
Les petits plus, qui font les grandes choses : de nombreux ajouts peuvent être effectués comme, par exemple, celui de leds d'éclairage, d'un beeper, etc. Après, à vous de voir comment maquiller votre robot ! 

 Structure externe 

Perceuse en main, voici les différentes étapes de mise en place de la coque externe.

1_ Découpez, dans une plaque de contre-plaqué, deux disques ; le premier servira de support à toute l'armature du robot, le second de couvercle (il devra donc être d'un diamètre supérieur au premier).
Pour le disque-support, un diamètre de 14,5 cm devrait être suffisant. Veuillez à ne pas exagérer ou minimiser cette longueur ; en effet, votre plaque Légos doit pouvoir entrer parfaitement sur ce disque, sans dépasser, et du diamètre du disque dépend le poids futur du robot qu'il convient de réduire au maximum.

2_ Une fois la base découpée, prévoyez 2 encoches (1 & 2) qui permettrons le passage des roues de stabilisation avant et arrière. Ces encoches doivent être préparées par la mesure, avec votre plaque Légos, de l'emplacement final de ces roues. Veillez à faire des encoches minimales, qui permettrons un meilleur maintient des roues en place ; en effet, si elles venaient à être trop larges, un effet de flottement occasionnerait le décrochement possible des roues lors des manoeuvres du robot...
Vous remarquerez aussi quelques bandes d'adhésif double-face (*), qui permettrons la stabilisation de la plaque Légo sur le support.

3_ Prévoyez, dans vos chutes de bois, le découpage de 2 plaques de 6,5 x 9,5 cm environ, et une autre de 5 x 6,5 cm. Collées et clouées suivant le schéma explicatif ci-dessus (en rouge), elles soutiendrons le coucercle. Veillez bien à les faire toutes de même hauteur, et à les disposer le plus verticalement possible.

4_ Pour le couvercle, prévoyez un disque d'un diamètre de 15 cm environ, autour duquel vous fixerez délicatement la lamelle de bois, par le biais d'aggraffes. Celle-ci permettra au capot de rester en place.

5_ Gardez de coté la lame de carton qui ne sera mise en place qu'après la pose du dispositif interne. 

Intérieur et motorisation

Voici le moment que vous attendiez tous... L'excuse pour vous remettre au jeu favoris de votre enfance... les Légos. Un conseil, fermez portes et volets, à votre âge jouez au Légos, ça peut ruiner une réputation...
Trève de plaisenteries, vous pourrez observer sur les photos présentes ici la simplicité du montage...

Voilà ce à quoi vous devriez maintenant être arrivés... Pose de buzzer et de leds comprise...

 

Finitions 

Pour cette partie, laissez libre cours à votre imagination. Si vous êtes du genre sobre et classique, vous pourrez vous contenter de quelques leds et d'un buzzer, sinon que vous soyez un adepte de Star Wars ou possédiez un chat angora... Tout est bon pour déguiser votre robot...
Voici un exemple, une idée, plus ou moins convaincante...

 

Câblage

Après la construction du robot proprement dit et de son interface, il convient ensuite de les relier... Et c'est là qu'intervient le câblage... L'opération en elle-même est très simple; le seul problème étant du au problème d'accès à l'intérieur du robot. J'entends par câblage le fait de relier les moteurs à l'interface, ainsi que les leds, le buzzer, si vous en avez mis ...
Pour le contrôle des moteurs, nous avons préféré ajouter une sorte de micro-contrôleur maison, que vous pourrez visualiser ci-dessous :









Par soucis de réutilisation, toutes les liaisons avec l'interface sont sous forme de jacks (mini, mono). La liaison est plus facile, elle se fait tout aussi bien, bref c'est mieux quoi !

Le programme

Description  Le programme de gestion du robot permet son contrôle aussi bien en local que par le biais d'Internet. Ainsi il devient très facile de le diriger, de déclencher l'allumage de leds ou du klaxon.
La programmation s'est déroulée entièrement sous Delphi 4, version client/serveur, pour un aspect simple de praticité et de disponibilité. Seules quelques lignes de code en assembleur ont été nécessaires, afin d'envoyer les informations nécessaires par le port parallèle.
Vous pouvez télécharger gratuitement ce logiciel complet, ainsi que, si vous le souhaitez, l'intégralité de son code source...

Télécharger le programme :    ICI  

Contrôle local

 Notre programme permet bien évidemment de contrôler le robot en local, c'est à dire de le diriger à proximitée du poste. L'utilisation des diverses commandes se veut intuitive et vous devriez pouvoir l'utiliser sans aucun problème! A vous les manettes ...







  

Contrôle à distance

 En plus du contrôle local, une fonctionnalité supplémentaire permet le contrôle à distance du robot, pour si peu que vous connaissiez l'IP de l'ordinateur mis en serveur auquel est relié le robot par le biais d'une interface de type approprié et sur lequel tourne le programme dont il est question ici.
La manipulation du robot est alors indentique à son guidage local, toujours aussi souple et intuitive et il est dès lors possible de commander, par le biais d'Internet, le SpeeDor, ou tout autre robot, n'importe où, à la surface du globe.







 
PS : Vous nous voyez désolé de l'incapacité technique actuelle à diriger un robot en dehors de notre système planétaire...celà dit, un cablâge interplanétaire devrait bientôt être mis en place, dans la mesure où les demandes intergalactiques se veuillent suffisantes... (MiB)

Fonction serveur

La fonction serveur permet à un tiers, possédant le programme approprié, de prendre le contrôle de votre robot (et seulement du robot!), à distance, pour lui faire effectuer des mouvements en temps réel, ou prédéfinis par un script...
Arroser vos plantes à distances pendant les vacances ou nourrir le chat deviendront faciles... C'est le moment de vous débarrasser du voisin...





  

Scripts

 Le générateur et interpréteur de scripts intégré au programme permet la sauvagarde et la réutilisation de séquences de mouvements. Ainsi, le programme mémorise vos commandes et pourra les répéter à l'infini. L'interface se veut bien sûr des plus intuitives, et vous comprendrez facilement son utilisation...
Dans le cas contraire, l'aide comprise dans le programme vous fournira les informations nécessaires...