La base roulante

Une bonne base roulante est la clé d'un robot réussi. Mais qu'est-ce qu'une base roulante ?

Voici une définition incrémentale de la base roulante

La première définition de la base roulante pourrait être des roues qui portent une planche. Le nombre de roues libres ou motorisées va définir les mouvements possibles de votre robot.

Avec 3 ou 4 roues, aucune qui ne puisse s'orienter, vous avez un robot qui avance parfaitement droit, ou qui tourne parfaitement en rond.

La trajectoire de votre robot est contrainte par l'orientation de vos roues. Les roues n'avancent que perpendiculairement à leur axes.

Le premier réflexe pour tourner est d'avoir des roues orientables, comme une voiture. Alors, oui, ça peut marcher. Le robot tournera autour du point définit par l'intersection des axes des roues.

Mais dès que les axes des roues ne se croisent pas en un seul point, la trajectoire du robot n'est plus définissable avec les règles de la cinématique. Il faut tenir compte du fait que les roues vont glisser sur le terrain. Et là, ça devient plus compliqué.

Pour éviter ce problème, “il suffit” de supprimer l'une des roues directrices. Vous obtenez un tricycle.

Vous pourriez motoriser n'importe laquelle de ces roues. Mais que se passe-t-il si votre centre de rotation se trouve sur votre roue motrice ? Encore une fois, votre mécanique force et votre robot part sur une trajectoire non-contrôlée. La solution semble d'avoir une roue motrice directrice. C'est tout à fait faisable et de nombreux robots de ce type ont participé à Eurobot.

Cette mécanique à l'avantage de pouvoir contrôler sa trajectoire assez aisément. L'inconvénient étant la complexité mécanique d'une telle solution et sont encombrement. Pour avoir un exemple d'une roue motrice directrice, vous pouvez lire l'article sur ARD, le lien est plus bas.

Pour l'instant, nous n'avons vu que des systèmes “cinematiquement” contraints avant de parler de la motorisation.

Mais si nous reprenons le modèle du tricycle et qu'à la place de la roue motrice directrice, nous mettons une bille folle ou un patin en téflon (modélisé en mécanique par un appui plan), nous obtenons un système avec de grands degrés de liberté.

La trajectoire d'un tel système est défini uniquement par les vitesses des deux moteurs qui entraînent les roues arrières.

L'avantage d'une tel système est qu'il est relativement compact, permet une grande souplesse au niveau des trajectoires. Par exemple, le robot peut enchaîner une ligne droite avec une rotation sur lui-même sans temps mort. Alors qu'avec un tricycle, la roue directrice doit se repositionner.

L'inconvénient, c'est que sans un très bon contrôle de la vitesse des moteurs, vous ne contrôlez pas bien la trajectoire du robot, les trajectoires ne se répètent pas d'un essai sur l'autre et il faut implémenter un système de contrôle évolué.

Dans le cas des robots télécommandés, des moteurs à courant continu feront parfaitement l'affaire. Si vous souhaitez vous passer de la partie électronique de puissance, vous pouvez utiliser un servomoteur de modélisme modifié, comme décrit sur le site de PoBot

Pour le choix des moteurs et des l'électronique de contrôle, voir les sections correspondantes dans la section électronique.

TODO : Electronique/Moteurs CC

Details sur les ponts en H, utilisés pour le pilotage des moteurs à courant continu.

Ce qui suit s'adresse plutôt aux robots autonomes.

Les moteurs pas à pas sont pilotés “en position”. Tant qu'aucun effort mécanique ne bloque le moteur, vous connaissez la distance parcourue par le moteur. L'électronique pour piloter un moteurs pas à pas est similaire à celle pour piloter 2 moteurs à courant continue à laquelle il faut ajouter un système de régulation de courant. Pour plus de détail, voir la section dédiée au pilotage des moteurs pas à pas dans notre partie électronique.

Le code de pilotage de ces moteurs est un peu plus complexe que celui des moteurs à courant continue. Il est nécessaire d'envoyer les consignes de pas au bon moment pour obtenir le profil de vitesse désiré. En se contentant de vitesses basses, il est possible de se passer de la gestion de l'accélération, ce qui simplifie le code.

Utilisez des roues motrices fines pour diminuer les incertitudes de positionnement lors des rotations de votre robot.

En prenant soin de bien dimensionner les moteurs, il est possible d'avoir une base roulante, probablement un peu lente mais fiable avec cette solution.

Avec cette solution, vos principaux ennemis sont le glissement entre la roue et le sol et le saut de pas du moteur.

Afin de connaître avec précision le déplacement d'un moteur, vous pouvez surveiller le déplacement du moteur avec un codeur, parfois nommé roue codeuse, codeur incrémentale ou encodeur (un anglicisme d'encoder). Ce capteur renvoie une impulsion pour chaque fraction de tour parcouru par l'axe, donnant une image de la rotation de l'axe.

TODO : Electronique/Roues codeuses

Mécaniquement, deux solutions principales s'offrent à vous.

• La première consiste à monter les roues codeuses sur l'axe du moteur. C'est relativement simple mécaniquement mais vous devrez vous méfier des glissements entre la roue motrice et le sol. Une accélération brusque et votre robot se croit à quelques centimètres de sa position réelle.
• La seconde consiste à monter les roues codeuses sur des roues indépendantes. Les axes de ces roues doivent être alignés avec les axes des roues motrices, afin de respecter la cinématique du robot.

Dans les deux cas, plus les roues qui portent les roues codeuses seront éloignées l'une de l'autre, plus votre système sera précis lors des rotations de votre robot.

Avec cette solution, vous avez le choix de la technologie du moteur : pas à pas, moteur à courant continu ou moteur brushless

TODO : Electronique/Moteur Brushless

Les paragraphes ci-dessus décrivent la structure de la majorité des robots. D'autres solutions existe, pour l'instant, nous ne ferons que les évoquer brièvement. le nerf de la guerre étant la localisation du robot. Par localisation, nous entendons la connaissance de la position du robot sur le terrain.

Avec une camera, vous pourriez être tenté de vous passer de location précise.

Vous pourriez regarder du côté des centrales inertielles (accéléromètre et gyroscope). Sachant que la double intégration des accéléromètres pour obtenir une position à tendance à cumuler les erreurs, parfois très fortement.

Le règlement autorise des balises, qui peuvent servir à localiser un robot sur le terrain. Une fois localisé par balise, vous êtes bien moins contraint pour la conception de votre base roulante. Vous pouvez vous pencher sur :

• Les robots à roues holonomes.
• Des aéroglisseurs

Vous pouvez aussi faire le choix de mécaniques originales en sachant qu'elles ne seront pas les plus efficaces. Un exemple ici, avec Toto, un robot marcheur et simple !

L'équipe ARD avait un robot avec trois roues motrices-directrices. Un article décrit l'équipe et le robot. Observez bien leurs déplacements sur la vidéo.