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Laconceptiond'unrobotminisumo

Créer un robot minisumo permet d'apprendre ou de développer des connaissances enprogrammation,électronique,mécaniqueetenstratégierobotique.

Chapitre1/10-Laconceptiond'unrobotminisumoLaconceptiond’unrobotminisumopermetderéaliserunrobotludique,maisc'estaussil'occasiondevérifierlavaliditédeseschoixtechniquesensemesurantàd’autreslorsderencontresaniméesmaistoujoursamicales.

Les tournois derobotsminisumo sont desmoments très attendus au Japon et aux États-Unis pour leur caractèrefuturiste.Depuis2005,ilestpossibled'assisteroudeparticiperàcesrencontres,enFrance.

Laconceptiond'unrobotminisumopasseparl'électriquedel'intérieurparexemple.©FrédéricGiamarchi

Voiciquelquesélémentspermettantdedétaillerladémarcheduprojet:approchepédagogique,choixtechnologiquesetstratégiespossiblespourespérersortirvainqueurlorsdecesrendez-vous.

Àvosoutils...

10/09/2012-ParFrédéricGiamarchi,Enseignantenélectronique




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Chapitre2/10-Créationd'unrobotminisumo:lesobjectifspédagogiquesL’aspect pluridisciplinaire est un élément pédagogique important. Outre les parties réalisationsmécaniques et électroniques dans la création d'un robotminisumo, il est possible de concevoir uneétude de stratégie et même undesignludique. On ne doit pas oublier les aspects logistiques etfinanciers. C'est un vrai projet industriel avec ses contraintes techniques, mais aussi de temps etd'argent.

Desenseignants,avecleursélèves,exposentlesdifférentescoupesremportéeslorsdelaréalisationdeminirobots.©FrédéricGiamarchi

ProgrammepédagogiquedanslaconstructionderobotsminisumosDansunedémarchepédagogique,lesétudiantsoulycéenssontamenésàdécouvrirtoutoupartieduprojet.Suivantleniveau,ilestpossiblederépartirlesdifférentesfonctionsparéquipedansunemêmeclassepourréduireladifficulté,ouaucontraire,demanderuntravailcompletparbinôme.

Aulycée,parexemple,onvatraiterl'aspectprogrammationdesfonctionsdebaseavecunedécouvertedesnotationsbinaires et hexadécimales en classe de seconde. Ces élèves pourront réaliser unrobot suiveur de ligne. Puis, enpremière,onaborderadesnotionsdephysiquesurl'infrarougepourfairedeladétectiond'obstacle.Danscecas,lesélèvespourrontconcevoirun robotminisumo.En terminale,on travaillera lapartiealgorithmiquepourproposerdesstratégiesd'attaqueetdedéfense.

Pourlesétudiantsdelicence1,ondevraoptimiserl'aspectmécaniqueetélectroniqueetleurdemanderd'effectuerunestructure3D.Ensuite,enlicence2,ilestintéressantdeprogrammerdesstructuresdetypeintelligenceartificielleavecdégradationsdesperformances.

Tous ces projets, outre le fait d'apprendre et de créer, apportent la possibilité de prolonger ses acquis par desaméliorationsdesdifférentespartiespourlesétudiantsquisesuccèdentsurl'étude.

Chapitre3/10-Moteuretélectroniqued'unrobot




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Sansmoteur,pointderobot.Danslaconceptiond'unrobotminisumo,oud'unetoutautrecatégorie,ilest primordial de définir sonmodede fonctionnement par un choix demoteur adéquat. Il en va demêmepourlespneusetl'électroniquedecommande.

Ledessindelafigureci-dessusmontreleprincipedebase,communàlaplupartdesrobotsmobiles.

Ils’agitd’unchâssisàtransmissiondifférentiellepardeuxmoteurs.©FrédéricGiamarchi

L'importancedumoteurdansunminirobotLechoixdesmoteursdépendduniveaudel'équipe.Lesdébutantsutilisentdesservomoteursdemodélismedontilsmodifientlamécaniquepourobtenirunerotationcontinuedesmoteursouencoredesblocsmotoréducteursadaptés.Les plus expérimentés sélectionnent leurs moteurs et leur système d'engrenages pour optimiser les paramètrescommelecouplemoteuretlavitessederotation.

LespneusLechoixdespneusestdepremièreimportancepourassureruneadhérenceoptimale.Lapositionducentredegravitépeutêtreunautreélémentfavorisantlesperformancesglobalesdurobot.




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Iciestprésentélemodèled'unminirobotmobile,composéd'unchâssisàtransmissiondifférentielle

pardeuxmoteurs.©FrédéricGiamarchi

Électroniquedecommanded'unminirobotmobileL'électroniquedecommandedesmoteursn'estpasaussicompliquéequ'onl'imagine.Laplupartdescandidatsutilisentlemêmecomposanttrèspopulaire,unL293D.Cedernieresttrèsancienetbiendocumenté,trèsfacileàmettreenœuvre.Ils'agitd'undoublepontenHàtransistorsbipolairespermettantdepiloterlesdeuxmoteurs.Ilautorisetouteslesfantaisies:deuxsensderotation,rouelibre,freinageetvitessevariable.

Chapitre4/10-Robotique:lescapteursdedétectionLes capteurs de détection sont primordiaux. Le robot minisumo doit être capable de détecter sonadversaire afin de le pousser en dehors du cercle représentant le plateau du jeu. Demême, il doitrepérer le bord de ce cercle afin de ne pas en sortir lui-même. Plusieurs types de capteurs sontutilisés,suivants'ils'agitdedétecterl'adversaireoulabordureducercle.




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Surlesminirobotsàl'image,lescapteursdedétectioninstallésàl'avantsontutiliséspourdéterminerl'emplacementdesobstaclesafindeleséviter.©FrédéricGiamarchi

Descapteursdedétectionpourcontournerl'obstacleDu plus simple au plus sophistiqué, on trouve des interrupteurs adaptés, des systèmes optiques basés sur lesinfrarouges,descapteursdedistancebaséssurlesultrasonsjusqu'àdescaméraslinéaires.

L'interrupteurestuncapteurtrèssimpleetfacileàmettreenplacepourdétecterunchoc.Maiscettesimplicitéauncoût, le programme de traitement de cette information peut devenir très lourd. Si on couple cecapteur avec undétecteurd'obstaclesanscontact,l'informationassociéeàl'interrupteurvadevenirplussimpleàtraiter,carlecapteurd'obstaclesanscontactaura,normalement,étésollicitéavant.

C'estunpeul'espritdescapteursquel'ondécouvreaufuretàmesurequ'onlesinstallesurlesrobotspouraméliorerleurcomportement.Cetteévolutiondanslacomplexitéliéeauxnombresetauxtypesdecapteursdoitêtreassociéeaux compétences grandissantes par l'expérience des concepteurs. Ainsi, le robot évolue naturellement en mêmetempsquelesconnaissancesdeson«maître».

Chapitre5/10-LemicrocontrôleurpourlesrobotsLa carte électronique, qui contient un microcontrôleur, est une véritable base de contrôle desmouvementsetdéplacementsdurobotminisumo.L'erreurn'estdoncpasdemise lorsduchoixdestechnologiesàadopter.




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Lacarteélectroniquedoitregrouperlemaximumd'élémentsafindegarantirunegrandefiabilité,mêmesileschocsnesontpasdestructeurs.Lecœurdelacarteestunmicrocontrôleuràbascoûtassociéauxcomposantspourpiloterlesdeuxmoteursdepropulsionetplusieursconnecteurspour

accueillirlescapteurs.©FrédéricGiamarchi

Carteélectronique,unmicrocontrôleurLechoixd'unetechnologieplutôtqu'uneautrepourlemicrocontrôleurestsouventdictéparsapropreexpérience.Lesdeux familles qui dominent dans le cadre desrobots réalisés par des amateurs sont les PIC et les Atmel. Cescomposantsprogrammablesàbascoûtpermettentderépondreàtouslesbesoinsdanslecadredesesréalisations.Leurpuissancedecalculestlargementsurdimensionnéemalgréleurtaille,miniaturisationoblige.

Il est possibled'ajouterdenombreux systèmesmatériels ou logicielspourpermettred'étudier le comportementdurobotdanslessituationsdetestsetdecombats,commedesindicateurslumineuxdetypeDel,dessons,uneliaisonsansfilBluetoothverssmartphoneouencoreunemémoiredesévénements.

Chapitre6/10-Labatterie,l'alimentationdurobotLabatterie,danslaréalisationd'unrobotminisumo,n'estpasàprendreàlalégère.Elledétermineravotreréussiteouécheclorsd'unmatch.L'alimentationestunchoixstratégique.




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Touslescandidatsparticipantàuntournoiderobotsminisumosdoiventposséderplusieursjeuxdebatteriesbienchargéespourlesphasesfinalesduconcours,sansoublierlechargeurdebatteries

adapté.©FrédéricGiamarchi

Labatterie,alimentationincontournabledurobotminisumoLechoixdelasourced'énergieélectriqueesttrèsvariédanslaconceptiond'unrobotminisumo.Lesystèmecompletn'estpastrèsgourmandetilestdoncpossibleden'utiliserqu'unepetitebatterielithiumpourpeuquel'onaitfaitunchoixtechnologiqueastucieux.Mais,danslaplupartdescas,ils'agirade4à8pilesrechargeablesrondesdetypeNi-Mh(del'anglaisnickel-metalhydride,pournickel-hydruremétallique).

Cependant,lechoixestsouventfaitpardéfautenfonctiondelaplacerestantedanslerobot,lorsquelesdimensionssont imposées, comme c'est le cas pour les tournois de robots minisumo. C'est certainement le point le moinsbienétudiédelapartdesconcepteursdébutants.Pourévitercela,ons'imposesouventdedessineren3Dlastructure.Cetteétapevaconsacreruneplacenonnégligeableauplacementdelabatterie.Et ilarrive,trèsfréquemment,quecela impliqueuneréorganisationcomplèteduchâssis.Eneffet,sion tientcomptedubilanénergétiquedurobot, labatteriechoisieestsanscompromis.C'estdoncàlastructuredeluiconsacrerlaplacenécessaire.

Chapitre7/10-Minirobot:lechoixduchâssisSansêtretrèssophistiqué,lechâssisdéfinitletypedestratégiechoisiefaceàl’adversaire,lorsdelacréationd'unrobotminisumo.




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Ilfautorganisertouslesélémentspouroptimiserlerobotminisumo:centredegravité,positiondescapteurs,moteurs,pneus,batteries,cartesélectroniquesetchâssis.Ilyauneinfinitédesolutions

possiblesayantchacunesesavantagesetinconvénients.©FrédéricGiamarchi

L’ensemblepeutêtreréaliséenplexiglas,aluminiumouencoreenbois.Lesdimensionssontde10cmx10cmdecôté,sanslimitationdehauteur,pourunpoidstotalmaximalde500g.

Lechâssis,unélémentdestratégiepourlerobotminisumoLespremierschâssispersonnelssontà l'imagedeleursconcepteurs, jeuneset inexpérimentés.L'étape3D, souventimposée par une structure académique, permet de se rendre compte du rendu du projet en adéquation avec lerèglementdutournoi.Lerendu3Dd'unrobotestaussiunmoyend'échangeravectouslesmembresdel'équipeenlesmotivantencoreplus.Cetteétapepermetégalementdegénérerdesdocumentsàfindepublicationoudesimulation.Commentsecomporteralerobotfaceàunadversaire?C'estdoncunephasenécessairepourpréparersastratégie.

Chapitre8/10-Programmationd'unrobot:lesstratégiesdanslaconceptionUne fois le robot construit, il faut le programmer au mieux de ses capacités. Les stratégiesdéveloppées lors de sa conception doivent êtremises en équations. L'évolution et la complexité duprogramme sont ajustées par l'expérience des tournois. Les stratégies les plus performantes sontcapablesdes'adapterenfonctiondechaqueadversaire.




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Lamotorisationdurobots'effectuegrâceàsaprogrammationcomportementaleliéeauxcapteursausoletàunsonardétectantlesobstacles.©FrédéricGiamarchi

Programmationd'unrobotLaprogrammationd'unrobotdetypesumoestidentiqueàcelleden'importequelrobotautonome.ElleestutiliséesurlesrobotsaspirateursRoombaouencoresur le robotmartienPathfinder.Elleestà laportéeden'importequiayantdéjàprogramméunmicrocontrôleur.Onappellecetteprogrammation«architectureàinteractionprioritaire».

Cettetechnique,développéeauMITparlePrRodneyBrook,estadaptéeauxfaiblesressourcesdesmicrocontrôleurs.Maiselleaaussipermisdedévelopperunenouvellebranchedelarobotiquequiessaiedecopierlescomportementsélémentairesdesinsectes.

Chapitre9/10-Minirobot:enroutepourlacompétitionIl ne s'agit pas d'un combat de titans mais bien d'un match de robots minisumos. Intraitables,déterminés et habiles, ils sont prêts à tout pour remporter le tournoi et mettre à terre leursadversaires.Auplusgrandplaisirdupublicvenupourlesencourager.

L’undesobjectifsdecetteréalisationestdeproposerauxamateurslapossibilitédetesterleurrobotfaceàd'autresréalisations.Cesrencontresleurpermettentdeseretrouvertouslesanspouréchangersurunthèmequileurestcheretvérifiers'ilsontréussiàtrouverl'élémentquilesfera

progresseretgagnerletournoi.©FrédéricGiamarchi

Combatderobotsminisumos




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Unecompétitionderobotsminisumosesttrèsdifférentedesautrescompétitionsenrobotique.Danscesrencontres,puisqu'ils'agitdecombatsentredeuxrobots,lespectaculaireestaurendez-vous.Leschosessontpourtantsimples,pourêtrevainqueur,ilfautpoussersonadversaireendehorsducercledejeu.Malgrécela,lesévidencessontmisesàmaletlalogiqueestincertaine.Iln'estpasrared'assisteràuncombatinégaloùlepetitgagnecontrelegrosouencorelorsque le plusmal conçu élimine un robot très sophistiqué dont la programmation est en défaut. Il n'y a pas derencontresgagnéesd'avance,ilfauttouteslesjouer,pourlesremporter.

Cescombatssontengénéraltrèsrapides,enmoinsde10secondes,donnantainsil'occasionaupublicd'assisteràdenombreuxmatchsenpeudetemps.Letournoisefaitendeuxtempssurunemêmejournée.Lematinestconsacréauxpoulesqualificativesafinquetouslesparticipantsréalisentsuffisammentderencontres.Ensuite,lesphasesfinalesontlieul'après-midiavecleprincipedeladoubleéliminationpermettantàchacund'avoirunechancedeserattraper.

Iln'estpasraredevoirlepublicprendrepartipourleplusfaibledesdeuxrobots,encouragerleminisumocommes'ils'agissaitd'unecréaturepouvantêtremotivéeetapplaudirlevainqueur,etlevaincu,aveclemêmeenthousiasme.

Àdécouvrir,lesitesurletournoinationalrobotsumo.

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Manueldeconceptiond'unrobotminisumoConstruire un robot minisumo, star incontestée des concours de robotique, offre une occasion de se mesurer àd’autrespassionnéslorsdetournoisanimésetstimulants.Richedel’expériencedesonauteur,expertenrobotiqueetorganisateurdetournois,cetouvragevouspermetderelevercedéfi.Aprèsquelquesrappelsdesconnaissancesdebase en électronique,mécanique et programmation, il vousmontre comment créer, pas à pas, votre propre robotminisumo,prêtàl'emploi:

concevez-leensuivantunrèglementetuncahierdeschargesprécis;




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agencezdefaçonoptimalesescomposantsmécaniquesetélectroniques;découvrezlesprincipesdelaprogrammationcomportementale;maîtrisezlastratégiedesesdéplacements,pourplusd’efficacitéfaceàl’adversaire.

Créateurs derobots, participant ou non aux concours de robotique mobile, ou simples amateurs intéressés, cetouvragevousaideàélaborerlerobotdevosrêves,robotminisumoetplusencore.Lesenseignants,eux,ytrouverontunsupportpratiquepouraborderlesmultiplestechnologiesdelarobotiquedemanièreludique.

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