Les robots mobiles

Introduction



Dans ce tutoriel nous allons entrevoir les différentes plates-formes de robots mobiles.

Il vous sera possible, pour chacune d'entre-elles, de télécharger un guide de construction ainsi que son programme afin que vous puissiez réaliser une plate-forme de ce type.

Ces plates-formes peuvent être réalisées parfois à l'aide d'un seul ensemble LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 (8547) et dans d'autres cas à l'aide d'un ensemble LEGO MINDSTORMS NXT quelconque et d'un ensemble d'extension LEGO MINDSTORMS EDUCATION (9695) ou (9648) comme sur l'image suivante :

Cliquez sur l'image pour commander cet ensemble chez notre partenaire.


9695



Partons donc à la découverte des robots mobiles ... :hehe

Les robots mobiles sur roues



La très grande majorité de robots mobiles développés jusqu’à ce jour sont équipés de roues plutôt que de jambes. Les principales raisons de ce choix technologique sont les suivantes: les roues sont plus faciles à contrôler, elles procurent une meilleure stabilité au véhicule, elles dissipent moins d’énergie et elle permettent au véhicule de se déplacer plus rapidement.

Par contre, les roues comportent aussi un certain nombre d’inconvénients face au mécanismes à jambes. Entre autres, elles ne sont utilisables que sur des terrains relativement plats et dont la surface est dure. Sur des terrains accidentés, les roues doivent être plus grandes que les obstacles qu’elles risquent de rencontrer. Dans le cas de surfaces moins stables, les roues peuvent glisser ou s’enliser, ce qui pose des difficultés de contrôle importantes.

La disposition des roues d’un robot mobile peut varier sensiblement d’un véhicule à l’autre en fonction des caractéristiques recherchées.



Un certain nombre de robots mobiles sont dotés d’un ensemble de quatre roues disposés à chacun des coins du châssis. Deux roues assurent alors la traction ou la propulsion, les deux autres servent à diriger le véhicule.

C'est le cas des architectures de type voiture, dont un guide de construction et son programme vous sont proposés ci-dessous :

Cliquez sur l'image pour télécharger le guide de construction !


rover



Télécharger le programme NXT-G de la voiture intelligente en cliquant sur l'icone suivante : voiture



Ces plates-formes sont toutefois plus difficile à commander car elle ne peuvent pas tourner sur place et doivent manœuvrer, ce qui peut être difficile dans des environnements encombrés.

Toutefois, une des configurations les plus utilisées pour les robots mobiles d’intérieur est la configuration différentielle qui comporte deux roues commandées indépendamment.

Le chariot possède 2 roues motrices indépendantes non orientables sur le même axe et une roue décentrée orientable libre, appelée roue folle, ajoutée à l’avant ou à l’arrière du robot pour assurer sa stabilité.



Cette plate-forme est très simple à commander, puisqu’il suffit de spécifier les vitesses des deux roues, et permet de plus au robot de tourner sur place.

Ce type de plate-forme peut également être utilisé avec des chenilles ce qui fournit une capacité de franchissement de petits obstacles intéressante.

Ces plates-formes peuvent ainsi être utilisées en milieu urbain, ou dans des décombres.

Dans la littérature, le chariot est de loin le plus souvent considéré. Il est aussi le premier à être apparu et on maîtrise bien sa commande et son asservissement.

C'est donc généralement cette architecture chariot qui est retenue pour les robots mobiles.

Voici sur l'image ci-dessous un exemple d'architecture de type chariot, ce robot s'appelant Tribot :

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rover



Télécharger le programme NXT-G de Tribot en cliquant sur l'icone suivante : Tribot



Les robots mobiles sur chenilles



Ces plates-formes sont beaucoup plus à l’aise avec les obstacles, pour un coût guère plus élevé. Cependant, le rendement est mauvais, à cause des pertes par friction lors des virages.

En effet, pour tourner, les chenilles doivent glisser contre le sol.
C’est ce glissement qui est encore à la source du deuxième inconvénient majeur.
Il empêche tout asservissement reposant sur le comptage des tours de roues.

Les robots à chenilles sont donc réservés à des sols réellement difficiles et nécessitent un repérage extérieur pour leur asservissement, c’est pourquoi ils sont peu répandus.

Une plate-forme de ce type vous est présenté ci-dessous :

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rover



Télécharger le programme NXT-G du grand rover en cliquant sur l'icone suivante : grand_rover



Vous trouverez aussi un jolis petit robot du nom de MORPH :

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morph



Télécharger le programme NXT-G de MORPH en cliquant sur l'icone suivante : rotabot



Les robots mobiles sur pattes



Il existe plusieurs endroits où les véhicules munis de roues ou de chenilles ne peuvent se rendrent alors que les humains et les animaux le peuvent fort bien.

C’est dans cet optique que les robots mobiles sur pattes ont vu le jour.

Ils sont encore mieux adaptés au franchissement d’obstacles et au travail dans un environnement construit pour la morphologie humaine.

On voit en majorité des robots hexapodes, c'est à dire ayant 6 pattes, pour d’évidentes raisons de stabilité.

Le nombre élevé de pattes rend le mécanisme ainsi que sa commande complexes et l’asservissement encore plus.

Toutefois, ils comportent aussi des avantages. Ils peuvent franchir des obstacles que les roues ne peuvent surmonter, monter et descendre des escaliers, circuler sur des terrains très accidentés, et finalement, ils ont moins tendance à s’enfoncer dans un sol instable.

Pour toutes ces raisons, et aussi pour le plaisir de la robotique, de nombreux modèles de robots sur pattes ont été développés.

Voici un modèle d'humanoïde nommé Alpha_rex :

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rover



Télécharger le programme NXT-G d' Alpha_rex en cliquant sur l'icone suivante : alpha_rex



Vous trouverez également des robots à pattes ressemblant à la morphologie de certains animaux.

En voici un exemple avec cette jolie mante du nom de Manty :



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manty



Télécharger le programme NXT-G de Manty en cliquant sur l'icone suivante : manty



Vous trouverez aussi ci-dessous le guide de construction d'un scorpion :

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rover



Télécharger le programme NXT-G du Scorpion en cliquant sur l'icone suivante : Scorpion



Les robots holonomes



Il existe enfin une catégorie de robots mobiles qui sont dit "holonomes".

Mais avant de voir ce type de robot, il nous faut définir ce que sont les degrés de liberté d'une plate-forme mobile ainsi que les robots non holomes.


Degrés de liberté




Le nombre de degrés de liberté d’un robot mobile est défini comme le nombre de mouvements indépendants que ce robot peut faire par rapport à un système de coordonnées déterminé.

Tout mouvement effectué dans un plan peut être décomposé en un maximum de deux mouvements de translation purs effectués respectivement par rapport aux axes X et Y, plus un mouvement de rotation pur autour de l’axe perpendiculaire au plan.



L’espace à deux dimensions possède donc un maximum de 3 degrés de liberté.


Robot non-holonome




Une plate-forme mobile de type chariot ne dispose que de 2 degrés de liberté sur un plan puisque les translations latérales sont impossibles à réaliser :



On dit donc qu'un robot de type chariot a une mobilité d'ordre 2.



Il est donc considéré comme non holonomes.


Robot holonome




En opposition aux robots a deux roues motrices différentielles qui possèdent 2 degrés de liberté sur un plan, un robot holonome ou robot omnidirectionnel est un robot qui possèdent 3 degrés de liberté sur un plan.



Il existe plusieurs sortes de robot holonome :



S'il s'agit de faire un robot holonome à 3 roues omnidirectionnelles, il faut les disposer à 120 degrés les unes des autres.





Les calculs nous donnent pour les vitesses :

V1 = V * sin (a)

V2 = V * sin (a + 120)

V3 = V * sin (a + 240)

Pour les distances :

d1 = d * sin (a)

d2 = d * sin (a + 120)

d3 = d * sin (a + 240)


La difficulté pour commander un robot holonome vient du fait que les accélérations de chaque roue doivent être proportionnelles.

Si une des roues atteint la vitesse souhaitée avant ou après les autres, le robot va dévier d'autant que le décalage de temps est important.

Ce qui ce résume par une incapacité à effectuer des lignes droites, et donc une incapacité à se rendre d'un point à un autre.

Par contre ces plates-formes sont relativement limitées en capacité de franchissement et requièrent un sol très plan.

Voici un exemple de réalisation d'un robot holonome à l'aide de roues omnidirectionnel RotaCaster pour NXT :

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rotabot



Télécharger le programme NXT-G de Rotabot en cliquant sur l'icone suivante : rotabot



Vous aurez besoin pour le programme de ce robot des blocs mathématiques de HiTechnic, dont la description vous est fournit dans ce tutoriel.

Et ci-dessous un autre robot holonome, mais cette fois-ci équipé de pattes, au nom de Tripod :



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tripod



Conclusion



Ce tutoriel n'avait pour objectif que de vous faire découvrir les différents type de plates-formes mobiles utilisable en robotique.

Il n'est en rien exhaustif.

A vous maintenant de vous amusez à réaliser vos propres programmes pour ces divers plates-formes. :top