CARAR Junior 2023 - vers un robot fonctionnel

19 mars 2023

Presque un mois sans faire de point d’avancement, alors où en sommes nous ?

L’objectif de ces derniers jours était d’avoir un robot fonctionnel pour la coupe Auvergne-Rhône-Alpes junior. Même si nous avons passé un très bon moment là-bas, d’un point de vu du robot, ce n’est pas une réussite à 100%, le robot n’a pas pu rouler sur les tables de jeux, il n’était pas prêt.

Cependant, nous avons bien avancé sur de nombreux de points. Principalement, le propulseur a été prototypé, testé, amélioré, re-testé puis intégré. Il reste un problème à régler avec les perturbations électromagnétiques, mais envelopper les moteurs dans du papier d’aluminium devrait régler le problème.

Guide du propulseur

Moteurs du propulseur

La structure a aussi bien avancé avec la fixation du toit, de l’arrêt d’urgence, de la batterie et de la tirette.

Prochain rendez-vous le 1er avril 2023, pour la coupe Auvergne Rhône-Alpes à l’INSA de Lyon !

Avancement

Du côté de nos tâches :

• Reprendre les tests avec la turbine
  • Aspiration : intégration + tests fonctionnels : fait !
  • Soufflage : abandon, nous allons tenter de propulser les cerises avec des roues.
  • Propulseur :
    • Prototype : fait !
    • Intégration : fait !
    • Tests fonctionnels : 90% - des problèmes de perturbation électromagnétiques
  • Rampe entre l’aspiration et le propulseur
    • Certaines balles tombent, une rembarde à rajouter
• Longer les bordures
  • Accostage : fait
  • Translation en longeant : à faire
• Transformer la base roulante en robot :
  • Installer le toit : fait !
  • Installer le mat balise
  • Installer le bouton d’arrêt d’urgence : fait !
  • Installer la tirette : fait !
  • Installer la batterie : fait !
• Améliorer la détection de l’adversaire
  • Carte de détection fonctionnelle
  • Tester la perturbation par un capteur en face : à faire
• Supervision
  • Mesurer la tension de la batterie et détecter une batterie faible
• Stratégie
  • Intégrer la détection de l’adversaire dans la stratégie

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Ceci n’est pas un problème d’asservissement.

6 mars 2023

Sur la vidéo suivante, le robot ne se comporte pas comme demandé. Nous verrons pourquoi nous considérons que ceci n’est pas un problème d’asservissement.

Avance et tourne ! (480p - 5 Mo | 720p - 10 Mo).

Ce que l’on voit sur la vidéo, c’est que la rotation du robot sur lui-même n’est pas fluide. Elle devrait progresser en même temps que le mouvement.
Pour comprendre ce qui se passe, notre premier réflexe est de comparer la rotation du robot avec sa consigne de rotation.

Orientation du robot et sa consigne

En zoomant sur la courbe, ça ressemble vraiment à un asservissement mal réglé (à un ou deux détails près).

Détail de l’orientation

Dans la première partie, l’orientation suit bien sa consigne puis elle décroche et dépasse sa consigne lorsqu’elle est proche de sa valeur finale. C’est assez semblable au comportement d’un correcteur intégrale mal réglé.

Notre premier réflexe a été d’ouvrir le code de notre asservissement en rotation pour aller modifier le gain de notre correcteur intégral sur notre orientation. Et là, nous réalisons que nous n’avons jamais mis de gain intégral sur notre correcteur en orientation. Le seul gain intégral que nous ayons est sur l’asservissement des moteurs. Nous observons alors le comportement des moteurs

Vitesse moteur A et sa consigne

Vitesse moteur B et sa consigne

Vitesse moteur C et sa consigne

Sur le dernier graphique, celui du moteur C, le moteur n’atteint pas sa consigne à plusieurs reprises dans le cycle. Plus en détail, il semble décrocher quand la consigne dépasse les 500 mm/s alors que la consigne va grimper jusqu’à 1 500 mm/s (probablement sous l’influence du terme intégral).

Ceci arrive lorsque le robot atteint 60° d’orientation. À ce moment-là, tandis que toutes les roues assurent la rotation du robot, la roue C commence à être la seule à faire avancer le robot (selon le vecteur vert sur le schéma) alors que les deux autres roues, dans leur rôle de faire tourner le robot, participent à diminuer sa vitesse.

Projetez les vitesses sur l’axe Y, vous verrez !

Robot ayant tourné de 60°

Nous demandons au robot une consigne qu’il ne peut pas atteindre, car ses moteurs ne sont pas assez puissants.

Si cette théorie est bonne, alors le robot devrait pouvoir réaliser la même trajectoire, mais moins vite.

Ce qui se voit sur la vidéo et les graphiques ci-dessous, où la vitesse maximale a été diminuée de 1 000 mm/s à 300 mm/s.

Avance et tourne ! (3 Mo).

Tant pour l’orientation qui suit sa consigne :

Orientation du robot et sa consigne (lent)

Que pour les moteurs :

Ceci n’est donc pas un problème d’asservissement.

C’est un problème de consigne ! La consigne doit être atteignable. C’est une notion qui est importante, car nous aurions pu perdre beaucoup de temps à corriger nos gains sans obtenir de résultats. De là à considérer que si la consigne (ou l’erreur) sort de certaines valeurs il faut couper l’asservissement et sortir en erreur, il n’y a qu’un pas. Ce n’est pas notre priorité pour l’instant, car il faut ensuite gérer le cas où l’asservissement se "bloque", mais c’est une piste pour améliorer la fiabilité du robot.

Bien sûr, le doute peut persister, est-ce qu’un asservissement un peu plus violent nous permettrait de réaliser le même mouvement plus vite ? Probablement, mais nous pensons que l’effet serait plutôt marginal.

Note du 8/3/2023 : Si l’article s’attarde sur le problème de vitesse des moteurs, c’est parce que la vitesse est la donnée la plus facilement observable. En réalité, le problème se situe au niveau du couple moteur disponible à une certaine vitesse, donc à un problème de puissance des moteurs !

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Contacteurs et détection de l’adversaire

23 février 2023

 Inscription à la Coupe de France

Cette année, nous participons à la coupe de France de Robotique dans la catégorie "Legends" nouvellement créée. Une des conditions est de fournir un projet scientifique et un plan de communication. Voici le nôtre.

 Aspiration des balles

Le dernier prototype nous avait donné satisfaction, voici la vidéo.

Aspiration des balles avec le prototype (1 Mo).

Voici quelques photos de la construction de la version finale. Nous l’avons bien montée une fois sur le robot mais démontée presque aussi tôt pour s’occuper des contacteurs.

Aspiration cerises : démontée

Aspiration cerises : vue de face

Une autre raison pour laquelle nous avons démonté le système, c’est que lors de nos essais la turbine était maintenue à la main et que nous l’avons bousillée. Attention, les pâles de turbines sont vraiment dangereuses pour les yeux !

Turbine HS

Nous avons reçu les nouvelles turbines, mais nous ne les avons pas encore installées.

 Installation des contacteurs

Les contraintes de place sont assez fortes au niveau des contacteurs. Surtout que ceux-ci doivent être protégés car nous comptons sur eux pour longer des murs. Nous avons finalement un modèle qui nous satisfait. Voici le prototype :

Contacteur désassemblé

Contacteur assemblé

Surface en PTFE pour les frottements

L’intégration nous a quand même demandé un peu de temps. Mais les contacteurs sont maintenant câblés et raccordés à la carte électronique.

Contacteur "fin de course"

Contacteurs pour longer les murs

 Détection de l’adversaire

Nous avons fini la conception de nos cartes, commandé et reçu nos cartes de détection de l’adversaire.

Nous les avons aussi partiellement soudées. Nous avons commandé les mauvaises référence de LED, nous attendons la nouvelle commande. Nous n’avons pas encore soudé tous les capteurs. Nous attendons de valider un minimum le code avant de tous les souder.

Détection - dessus

Détection - dessous

Les quelques lignes de code montrent que la carte se comporte comme prévu, avec la possibilité de désactiver les capteurs un par un.

 Déplacement

Nous arrivons enfin à finaliser un mouvement qui nous tenait à cœur : avancer droit en faisant tourner le robot sur lui-même.
C’est probablement l’un des mouvements le plus complexe que le robot aura à faire et donc un bon moyen de valider notre architecture.

Avance et tourne ! (3 Mo).

Bref, la joie du robot holonome !

 Avancement

Du côté de nos tâches :

• Reprendre les tests avec la turbine
  • Aspiration : nous avons enfin un prototype concluant
  • Soufflage : abandon, nous allons tenter de propulser les cerises avec des roues.
• Placer des contacteurs sur le robot pour détecter les bordures : Fait !
• Longer les bordures
• Transformer la base roulante en robot :
  • Installer le mat balise
  • Intégrer la turbine : réalisation à 90%
• Améliorer la détection de l’adversaire
  • Électronique : carte reçue et partiellement soudée et testée
  • Programmation : sélection des capteurs opérationnelle

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Essais dynamiques

25 janvier 2023

Voici nos essais qui datent de début janvier, avant que nous installions proprement la carte électronique. Ce qui est fonctionnel :

• L’asservissement des roues en vitesse grâce au retour des codeurs ;
• L’asservissement en position du robot grâce au retour des codeurs et du gyroscope ;
• Le suivi d’une trajectoire avec des profiles de vitesse suivant une accélération.

La première vidéo nous a permis de mesurer les effets de l’accélération sur l’erreur de position.

Voici nos résultats :

• 6 aller-retours de 70 cm à 0,5 m/s² en 32 s, dérive : 2,0 cm
• 6 aller-retours de 70 cm à 1,0 m/s² en 38 s, dérive : 5,5 cm
• 4 aller-retours de 70 cm à 1,5 m/s en 15 s (soit 27s pour 6 aller-retours), dérive : 9,0 cm

Ce qui nous incite à privilégier les accélérations lente en début de match et tenter une trajectoire vraiment rapide en fin de match si nécessaire.

Aller-retours avec accélération contrôlée (720p - 12,3 Mo).

La petite oscillation en fin de mouvement est certainement due à une courroie détendue.

Mais là, ce ne sont que des aller-retours. Or, un robot holonome, ça permet de faire des trajectoires plutôt cool, comme une translation circulaire, que voici :

Trajectroire circulaire avec accélération contrôlée (720p - 3,3 Mo).

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Le robot se structure + détection de l’adversaire

15 janvier 2023

À force de faire des essais et de laisser traîner la carte sur le bureau, une patte de résistance qui traînait a arqué et ça nous a motivé à faire un support propre pour la carte électronique.

Support carte électronique

Support carte électronique

Nous avons profité de l’arrivée d’un jeune nouveau membre pour commencer la carte de détection de l’adversaire. Si tout se passe comme prévu, nous utiliserons des capteurs VL53L1X :

• Côté électronique, nous sommes proches d’avoir fini le schéma
• Côté programmation, nous arrivons à lire un capteur, notre code est sur github.

Enfin, nous avons fini notre article sur les astuces pour utiliser VS Code pour le Raspberry Pi Pico.

Du côté de nos tâches :

• Écrire notre mémo sur l’utilisation de VSCode avec le Raspberry Pi Pico : Fini à l’instant.
• Finaliser le code i2c non bloquant : Fait !
• Reprendre les tests avec la turbine
  • Aspiration : nous avons enfin un prototype concluant
  • Soufflage : les premiers essais donnent une bonne piste pour le prototype
• Placer des contacteurs sur le robot pour détecter les bordures
• Longer les bordures
• Transformer la base roulante en robot :
  • Fixer la carte électronique : Fait !
  • Installer le mat balise
  • Intégrer la turbine : conception ok
• Améliorer la détection de l’adversaire
  • Électronique : schéma à 90%
  • Programmation : lecture du capteur ok

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