Utilisation de capteurs dans le développement de robots. Robot autonome basé sur Arduino avec capacité de contrôle à distance

Cet article montre comment créer un simple obstacle évitant un robot à l'aide de Xboard v2.0. Cette carte est bien adaptée aux petits robots intelligents car elle est compacte, dispose de quatre contrôleurs de moteur à courant continu, peut être flashée via USB et possède de nombreuses autres fonctionnalités. Il est également très facile à apprendre et à utiliser. xAPI est un ensemble de fonctions C conçues pour résoudre des problèmes logiciels complexes, tels que le travail avec PWM, écran LCD, télécommande, etc. Très bon et facile pour les débutants. Sa conception est ouverte, donc si vous ne souhaitez pas acheter Xboard v2.0, vous pouvez le fabriquer vous-même.

Le but de notre robot est simple : vous devez vous déplacer n'importe où, en évitant les obstacles. La tâche est simple et le robot l’exécute en toute autonomie. Il possède un cerveau qui lit les informations des capteurs, prend des décisions et contrôle les moteurs.

En créant un robot, vous apprendrez diverses techniques de base qui vous seront utiles à l'avenir.

Partie mécanique du robot

Le robot est assemblé dans un boîtier métallique de haute qualité, qui peut être acheté dans un magasin de robotique. Le robot est entraîné par deux motoréducteurs CC de 200 tr/min. Il utilise un système de transmission différentielle et possède une seule roulette à l'avant. Les roues sont reliées directement à l'arbre du moteur.

Les moteurs sont fixés au châssis à l'aide d'un écrou vissé sur le filetage près de l'arbre.

Xboard v2.0 est monté à l'aide du kit de montage inclus, qui comprend des boulons, des écrous et des supports. Xboard v2.0 est conçu de manière à ce que ses trous de montage coïncident avec les trous du boîtier.

Engrenage différentiel

La transmission différentielle permet le mouvement et le contrôle à l'aide de deux roues. Il n’y a pas besoin de volants comme sur un vélo ou une voiture. Pour faire tourner un véhicule (ou un robot), les roues gauche et droite tournent à des vitesses différentes. C'est pourquoi on l'appelle transmission différentielle. Par exemple, si la roue droite tourne plus vite que la gauche, alors le robot tourne à gauche.

La photo le montre plus clairement.

Ainsi, le déplacement et le contrôle du robot se font en contrôlant deux moteurs, ce qui se fait facilement grâce à xAPI. En savoir plus à ce sujet sur les liens suivants :
http://xboard.extremeelectronics.co.in/Motor1.htm
http://xboard.extremeelectronics.co.in/Motor2.htm

Les articles vous expliquent comment démarrer le moteur dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. MotorA est le moteur droit, MotorB est le moteur gauche. Extraits de code montrant comment travailler avec les moteurs.

Avancement du robot :

Mouvement du robot vers l'arrière :

Virage à gauche:
MoteurA(MOTOR_CW,255); // Le moteur droit tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (CW) avec max. vitesse (255)
MoteurB(MOTOR_CW,255); // Le moteur gauche tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (CW) avec max. vitesse (255)

Virage à droite:
MoteurA(MOTOR_CCW,255); // Le moteur droit tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (CCW) avec max. vitesse
MoteurB(MOTOR_CCW,255); // Le moteur gauche tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (CCW) avec max. vitesse (255)

Vous pouvez en savoir plus sur MotorA et MotorB en cliquant sur le lien

Capteurs

Des capteurs sans contact aident le robot à détecter les obstacles sur son chemin. Les capteurs comprennent des émetteurs IR et des récepteurs IR. Une LED IR est utilisée comme émetteur IR, qui émet de la lumière dans le spectre IR, invisible à l'œil humain. Le récepteur IR reçoit ces rayons.

Capteur infrarouge

Un capteur IR se compose d'un récepteur IR, d'un émetteur IR et de plusieurs résistances. Le diagramme est présenté ci-dessous. Nous avons besoin de trois de ces capteurs installés à l’avant du robot.

Comme vous pouvez le voir, le capteur a deux broches : alimentation et sortie. La sortie du capteur peut avoir une tension de 0 à 5 V en fonction de la distance à l'obstacle et de son type. La tension approche 5V lorsqu'un obstacle est à proximité.

Cote R1 150Ohm, R2 22kOhm. Le code couleur est indiqué dans le schéma ci-dessus. Les valeurs des résistances sont très importantes, utilisez donc uniquement des résistances de la valeur spécifiée. La broche courte du récepteur IR, de couleur noire (translucide), est la broche positive. Ce n'est pas une erreur, alors connectez-le de cette façon.

Le récepteur IR et l'émetteur IR doivent être installés de manière à ce que les rayons IR de l'émetteur IR heurtent des obstacles et soient réfléchis vers le récepteur IR. Leur emplacement correct est indiqué sur l'image.

La sortie du capteur est connectée à l'ADC du microcontrôleur AVR. L'ADC convertit la tension en une valeur numérique de 10 bits de 0 à 1024. Autrement dit, sur la base de la valeur de l'ADC, vous pouvez savoir s'il y a des obstacles devant le capteur. Travailler avec l'ADC Xboard v2.0 est simple et est décrit dans le lien.

Si nous connectons le capteur à l'ADC0, nous pouvons alors en obtenir des informations en utilisant la fonction suivante :
int valeur_capteur ;
sensor_value=ReadADC(0); //Lire le numéro de canal 0

Lors de l'utilisation des résistances indiquées dans le schéma ci-dessus, la valeur du capteur est d'environ 660 lorsqu'il n'y a aucun obstacle devant le capteur, et de 745 lorsque l'obstacle est à environ 15 cm. Si l'obstacle est à moins de 6 cm, alors la valeur est de 1023. . C'est la valeur maximale, et même si l'obstacle se rapproche encore, la valeur n'augmente pas.

Attention, ces valeurs peuvent varier selon le type d'obstacle. Certains objets réfléchissent mieux ou moins bien les rayons infrarouges que d’autres. Certains objets réfléchissent très mal les rayons infrarouges et ne peuvent pas être détectés. Ces résultats ont été obtenus en utilisant la paume comme obstacle. Par exemple, les rayons IR sont mal réfléchis par le bois peint dans des couleurs sombres, comme les portes.

Combinaison et connexion de capteurs IR

Trois capteurs IR sont montés sur une planche à pain, montée à l'avant du robot. Un capteur est installé au centre de la carte et les deux autres sont respectivement à droite et à gauche.

Tout d'abord, la planche à pain est découpée à la taille requise. Cela peut être fait à l'aide d'une petite scie à métaux.

Vous devez maintenant percer deux trous pour le montage. Ensuite, nous pouvons utiliser des vis, des écrous et des entretoises pour installer la carte sur le châssis. J'ai utilisé une perceuse électrique pour faire les trous en quelques secondes, mais si vous n'en avez pas, vous pouvez utiliser une perceuse à main.

De l'autre côté de la carte, nous avons mis des entretoises sur les vis pour laisser un peu d'espace entre la planche à pain et le châssis.

La carte de développement peut maintenant être installée sur le châssis

Veuillez noter que j'utilise des résistances de compensation au lieu de résistances constantes de 22 000 Ohms. Mais vous devez utiliser des résistances fixes de 22k ohms. La carte de développement se connecte au Xboard v2.0 à l'aide d'un connecteur standard à 8 broches. Xboard v2.0 dispose d'un connecteur à 8 broches pour les capteurs. Ce connecteur possède également des broches +5V et GND pour les capteurs. Son brochage est indiqué ci-dessous.

Connectez le capteur droit à l'ADC0, le capteur central à l'ADC 1 et le capteur gauche à l'ADC 2. Les capteurs sont prêts et vous pouvez maintenant procéder à leur test.

Test du capteur IR

Vous trouverez ci-dessous un petit programme de test qui lit la valeur de trois capteurs et l'affiche sur l'écran LCD. Pour comprendre le fonctionnement du programme, lisez l'article Interagir avec un écran LCD à l'aide de xAPI.

#include "avr/io.h" #include "util/delay.h" #include "lcd.h" void InitADC() ( ADMUX=(1

Compilez et flashez le programme dans Xboard v2.0. Après cela, connectez l'écran LCD et la carte capteur. L'écran doit afficher les valeurs de trois capteurs, comme indiqué ci-dessous.

Lorsque vous rapprochez un obstacle de l'un des capteurs, la valeur de celui-ci devrait augmenter, et lorsque l'obstacle est très proche, elle augmentera jusqu'à 1023. Notez les valeurs des capteurs lorsqu'il n'y a aucun obstacle dans devant eux et lorsque l'obstacle se trouve à environ 15 cm de lui. Vous aurez besoin de ces valeurs pour configurer le programme du robot.

J'ai également fourni un fichier HEX prêt à flasher le firmware du microcontrôleur ATmega32 (ou ATmega16) et à le rendre opérationnel en un rien de temps.

S'il n'y a pas de texte sur l'écran, réglez le contraste à l'aide du potentiomètre.

Si les capteurs ne fonctionnent pas comme prévu, vérifiez les connexions. Pour vérifier le fonctionnement des LED IR, utilisez n'importe quel appareil photo numérique, tel qu'un Handicam ou l'appareil photo d'un téléphone portable. Invisibles à l’œil humain, les rayons IR sont clairement visibles par la caméra. Si les LED n'émettent pas de rayons IR, vérifiez les connexions.

Partie logicielle

La tâche du programme est de lire les valeurs des capteurs, de prendre des décisions et de contrôler deux moteurs. Ainsi, le robot circulera dans la pièce en contournant tout sur son passage.

Nous avons défini trois constantes, à savoir RTHRES, CTHRES et LTHRES : //Valeurs seuil pour le déclenchement du capteur #define RTHRES 195 #define CTHRES 275 #define LTHRES 195

Leurs valeurs constantes sont les valeurs saisies. Ils devraient déjà être écrits. Comment les obtenir est décrit ci-dessus. Lorsque la valeur du capteur s'approche de ce seuil, le programme le perçoit comme un obstacle. Veuillez noter que les valeurs indiquées ci-dessus peuvent ne pas correspondre aux vôtres. C'est bon.

Le programme commence par l'initialisation du sous-système moteur et du sous-système ADC : MotorInit(); InitADC();

Ensuite, nous commençons à faire avancer le robot. Cela se fait en appelant des fonctions MoteurA et MotorB. Le premier argument est la direction recherchée : MOTOR_STOP MOTOR_CW MOTOR_CCW

Le deuxième argument est la vitesse requise. Sa valeur peut aller de 0 à 255. On utilise 25,5 pour se déplacer à pleine vitesse.

Plus d'informations sur l'utilisation du moteur à l'aide de xAPI peuvent être trouvées dans la documentation Xboard v2.0.

Une fois que notre robot commence à avancer, nous entamons une boucle infinie, vérifiant s'il y a un obstacle devant le robot. Si oui, alors le robot tourne.

Vous pouvez télécharger le firmware et le code source du projet ci-dessous

Les capteurs de fonctionnement du mécanisme sont des dispositifs numériques ou analogiques permettant de transmettre des informations sur le fonctionnement de composants supplémentaires du véhicule. Utilisé dans le système de surveillance des véhicules GPS/GLONASS. Permet de savoir combien de temps le mécanisme a fonctionné, où il a fonctionné, quel kilométrage avec le mécanisme allumé, combien de litres de carburant ont été dépensés pour chaque heure de fonctionnement.

• Capteur de rotation ou de mouvement. Utilisé dans les systèmes de surveillance GPS/GLONASS pour contrôler les mécanismes rotatifs ou mobiles. Fondamentalement, le capteur de rotation est utilisé pour contrôler les camions à béton. Le capteur de rotation vous permet de suivre tous les déchargements du camion à béton et de contrôler le kilométrage avec le « malaxeur » allumé. Le capteur de rotation est également utilisé sur les grues de chantier. Lorsqu'il est installé sur l'arbre du treuil, il est facile de contrôler l'intensité du travail de la grue. Le capteur de rotation peut également être utilisé sur les véhicules communaux pour contrôler la vitesse et compter les tours du tapis roulant sur les véhicules d'épandage de sable.
• Capteur de fonctionnement réel du mécanisme. Il est utilisé dans les systèmes de surveillance par satellite pour surveiller le fonctionnement d'équipements spéciaux. Il est installé sur la partie mobile et vous permet de contrôler l'efficacité de l'utilisation de l'équipement. Le capteur vous permet de déterminer le moment et la durée du levage, par exemple une flèche, et de connaître la durée d'utilisation de votre équipement.
• Capteur d'inclinaison. Le capteur d'angle d'inclinaison est facile à installer et à configurer. Le capteur d'angle d'inclinaison est utilisé pour surveiller les véhicules équipés d'un mécanisme de levage. Avec son aide, vous pouvez surveiller l'efficacité d'un camion-grue, d'une excavatrice et compter le nombre de conteneurs chargés sur l'équipement de collecte des ordures.

Les meilleurs capteurs de StavTREK

Le logiciel Wialon prend actuellement en charge un grand nombre de capteurs différents. Après avoir testé un grand nombre de modèles de différents constructeurs (Russie, Europe, Chine), nous sommes prêts à vous proposer le meilleur !

Capteur de proximité inductif. Apparence

Types de capteurs

Alors, qu’est-ce qu’un capteur exactement ? Un capteur est un appareil qui produit un signal spécifique lorsqu'un événement spécifique se produit. En d'autres termes, le capteur est activé dans une certaine condition, et un signal analogique (proportionnel à l'effet d'entrée) ou discret (binaire, numérique, c'est-à-dire deux niveaux possibles) apparaît à sa sortie.

Plus précisément, on peut consulter Wikipédia : Capteur (sensor, de l'anglais sensor) est un concept dans les systèmes de contrôle, un transducteur primaire, un élément d'un dispositif de mesure, de signalisation, de régulation ou de contrôle d'un système qui convertit une quantité contrôlée en un signal pratique à utiliser.

Il existe également de nombreuses autres informations, mais j'ai ma propre vision du problème, celle de l'ingénierie et de l'électronique appliquée.

Il existe une grande variété de capteurs. Je n'énumérerai que les types de capteurs avec lesquels les électriciens et les ingénieurs électroniciens doivent composer.

Inductif. Activé par la présence de métal dans la zone de déclenchement. D'autres noms sont capteur de proximité, capteur de position, inductif, capteur de présence, interrupteur inductif, capteur de proximité ou interrupteur. Le sens est le même et il n’y a pas lieu de le confondre. En anglais, ils écrivent « capteur de proximité ». En fait, il s'agit d'un capteur métallique.

Optique. D'autres noms sont capteur photo, capteur photoélectrique, commutateur optique. Ceux-ci sont également utilisés dans la vie de tous les jours, on les appelle « capteurs de lumière ».

Capacitif. Déclenche la présence de presque n'importe quel objet ou substance dans le domaine d'activité.

Pression. Il n'y a pas de pression d'air ou d'huile - le signal est envoyé au contrôleur ou il se brise. C'est si discret. Il peut y avoir un capteur avec une sortie courant dont le courant est proportionnel à la pression absolue ou différentielle.

Fins de course(capteur électrique). Il s'agit d'un simple interrupteur passif qui se déclenche lorsqu'un objet passe dessus ou appuie contre lui.

Les capteurs peuvent également être appelés capteurs ou initiateurs.

Cela suffit pour l'instant, passons au sujet de l'article.

Le capteur inductif est discret. Le signal à sa sortie apparaît lorsque du métal est présent dans une zone donnée.

Le capteur de proximité est basé sur un générateur avec une bobine d'inductance. D'où le nom. Lorsque du métal apparaît dans le champ électromagnétique de la bobine, ce champ change radicalement, ce qui affecte le fonctionnement du circuit.

Champ de capteur inductif. La plaque métallique modifie la fréquence de résonance du circuit oscillatoire

Circuit de capteur inductif npn. Un schéma fonctionnel est présenté, qui montre : un générateur avec un circuit oscillant, un dispositif à seuil (comparateur), un transistor de sortie NPN, des diodes Zener de protection et des diodes

La plupart des images de l'article ne sont pas de moi ; à la fin, vous pouvez télécharger les sources.

Application du capteur inductif

Les capteurs de proximité inductifs sont largement utilisés dans l'automatisation industrielle pour déterminer la position d'une partie particulière du mécanisme. Le signal de la sortie du capteur peut être transmis à un contrôleur, un convertisseur de fréquence, un relais, un démarreur, etc. La seule condition est la cohérence du courant et de la tension.

Fonctionnement d'un capteur inductif. Le drapeau se déplace vers la droite, et lorsqu'il atteint la zone de sensibilité du capteur, le capteur se déclenche.

À propos, les fabricants de capteurs préviennent qu'il n'est pas recommandé de connecter une ampoule à incandescence directement à la sortie du capteur. J'ai déjà écrit sur les raisons - .

Types de capteurs inductifs

En quoi les capteurs sont-ils différents ?

Presque tout ce qui est dit ci-dessous s'applique non seulement à l'inductif, mais aussi à capteurs optiques et capacitifs.

1. Conception, type de logement

Il existe deux options principales - cylindrique et rectangulaire. D'autres cas sont extrêmement rarement utilisés. Matériau du boîtier - métal (divers alliages) ou plastique.

2. Diamètre du capteur cylindrique

Dimensions principales - 12 et 18 mm. Les autres diamètres (4, 8, 22, 30 mm) sont rarement utilisés.

Pour sécuriser un capteur de 18 mm, vous avez besoin de 2 clés de 22 ou 24 mm.

3. Distance de commutation (espace de travail)

Il s'agit de la distance par rapport à la plaque métallique à laquelle un fonctionnement fiable du capteur est garanti. Pour les capteurs miniatures, cette distance est de 0 à 2 mm, pour les capteurs d'un diamètre de 12 et 18 mm - jusqu'à 4 et 8 mm, pour les grands capteurs - jusqu'à 20...30 mm.

4. Nombre de fils à connecter

Passons aux circuits.

2 fils. Le capteur est connecté directement au circuit de charge (par exemple, une bobine de démarrage). Tout comme nous allumons les lumières à la maison. Pratique à installer, mais capricieux en termes de charge. Ils fonctionnent mal avec une résistance aux charges élevée et faible.

Capteur 2 fils. Diagramme de connexion

La charge peut être connectée à n'importe quel fil ; pour une tension constante, il est important de maintenir la polarité. Pour les capteurs conçus pour fonctionner avec une tension alternative, ni la connexion de la charge ni la polarité n'ont d'importance. Vous n'avez pas du tout besoin de réfléchir à la manière de les connecter. L'essentiel est de fournir du courant.

3 fils. Le plus courant. Il y a deux fils pour l'alimentation et un pour la charge. Je vous en dirai plus séparément.

4 et 5 fils. Ceci est possible si deux sorties de charge sont utilisées (par exemple, PNP et NPN (transistor), ou commutation (relais). Le cinquième fil est le choix du mode de fonctionnement ou de l'état de sortie.

5. Types de sorties de capteur par polarité

Tous les capteurs discrets ne peuvent avoir que 3 types de sorties en fonction de l'élément clé (de sortie) :

Relais. Tout est clair ici. Le relais commute la tension requise ou l'un des fils d'alimentation. Cela garantit une isolation galvanique complète du circuit d'alimentation du capteur, ce qui constitue le principal avantage d'un tel circuit. Autrement dit, quelle que soit la tension d'alimentation du capteur, vous pouvez allumer/éteindre la charge avec n'importe quelle tension. Principalement utilisé dans les capteurs de grande taille.

Transistor PNP. Il s'agit d'un capteur PNP. La sortie est un transistor PNP, c'est-à-dire que le fil « positif » est commuté. La charge est constamment connectée du côté « moins ».

Transistors NPN.La sortie est un transistor NPN, c'est-à-dire que le fil « négatif » ou neutre est commuté. La charge est constamment connectée au « plus ».

Vous pouvez clairement comprendre la différence en comprenant le principe de fonctionnement et les circuits de commutation des transistors. La règle suivante vous aidera : là où l'émetteur est connecté, ce fil est commuté. L'autre fil est connecté à la charge en permanence.

Ci-dessous sera donné schémas de connexion des capteurs, ce qui montrera clairement ces différences.

6. Types de capteurs selon l'état de la sortie (NC et NO)

Quel que soit le capteur, un de ses principaux paramètres est l'état électrique de la sortie au moment où le capteur n'est pas activé (aucun impact n'est fait sur celui-ci).

La sortie à ce moment peut être activée (l'alimentation est fournie à la charge) ou désactivée. En conséquence, disent-ils - un contact normalement fermé (normalement fermé, NC) ou un contact normalement ouvert (NO). Dans les équipements étrangers - NO et NC.

Autrement dit, la principale chose que vous devez savoir sur les sorties transistor des capteurs est qu'il peut y en avoir 4 types, en fonction de la polarité du transistor de sortie et de l'état initial de la sortie :

• PNP NON
• PNP NC
• NPN NON
• NPN NC

7. Logique positive et négative du travail

Ce concept fait plutôt référence à des actionneurs connectés à des capteurs (contrôleurs, relais).

La logique NÉGATIF ​​ou POSITIF fait référence au niveau de tension qui active l'entrée.

Logique NÉGATIF : L'entrée du contrôleur est activée (logique "1") lorsqu'elle est connectée à la TERRE. La borne S/S du contrôleur (fil commun pour les entrées discrètes) doit être connectée au +24 VDC. La logique négative est utilisée pour les capteurs de type NPN.

Logique POSITIF : l'entrée est activée lorsqu'elle est connectée au +24 VDC. La borne du contrôleur S/S doit être connectée à la TERRE. Utilisez une logique positive pour les capteurs de type PNP. La logique positive est la plus souvent utilisée.

Il existe des options pour différents appareils et pour y connecter des capteurs, demandez dans les commentaires et nous y réfléchirons ensemble.

Suite de l'article -. Dans la deuxième partie, des circuits réels sont présentés et l'application pratique de différents types de capteurs à sortie transistor est envisagée.

Téléchargez des instructions et des manuels pour certains types de capteurs inductifs :

/ Capteurs de proximité inductifs. Description détaillée des paramètres, pdf, 135,28 Ko, téléchargé : 1079 fois./

/ Catalogue des capteurs de proximité Autonics, pdf, 1,73 Mo, téléchargé : 540 fois./

/ Catalogue des capteurs de proximité Omron, pdf, 1,14 Mo, téléchargé : 667 fois./

/ Comment remplacer les capteurs TEKO, pdf, 179,92 Ko, téléchargé : 537 fois./

/ Capteurs de Turck, pdf, 4,13 Mo, téléchargé : 462 fois./

/ Schéma de connexion de capteurs utilisant les schémas PNP et NPN dans le programme Splan/ Fichier source., rar, 2,18 Ko, téléchargé : 1219 fois./

De vrais capteurs

Il est problématique d'acheter des capteurs, le produit est spécifique et les électriciens ne les vendent quasiment jamais en magasin. Par conséquent, je donne des exemples de vrais capteurs pouvant être achetés en Chine.

• Installer. Capteur PNP- Alimentation CC, 6-36 V, normalement ouverte, cylindrique, diamètre 12 mm, distance à l'objet - 4 mm, courant de sortie - jusqu'à 300 mA. Excellent exemple et prix.
• Installer. Capteur PNP- le capteur est à peu près le même, mais le prix est inférieur, puisque la quantité en gros est de 10 pièces.
• Installer. Capteur NPN rectangulaire- ce capteur est bien meilleur en montage. Dans certains endroits, c'est indispensable.
• Capteurs optiques réflexion diffuse infrarouge (de l'objet)- grand choix de capteurs.

Récemment, un grand nombre de robots basés sur Arduino sont apparus sur le marché de l'électronique DIY. Chacun d'eux a ses propres avantages et inconvénients. Je voudrais présenter à votre attention un autre nouveau produit - l'ensemble « Smart ROBO » de la société « SmartElements ».

Le kit est conçu sous la forme d'un jeu de construction destiné à assembler un robot fini contrôlé par Arduino. Dans le cadre des capacités standard du produit, non seulement un assemblage étape par étape est fourni, mais également une programmation pour un fonctionnement dans différents modes. L'ensemble comprend des instructions étape par étape en russe, qui détaillent le processus d'assemblage de la plate-forme, de connexion des éléments et d'installation des pièces électroniques.

Ce manuel présente également à l'utilisateur les types de capteurs utilisés dans le robot (capteurs d'obstacles infrarouges, capteurs de lignes numériques, récepteur infrarouge). Il montre en détail comment tester les défauts des capteurs. De plus, en utilisant les instructions, vous pourrez comprendre le principe de fonctionnement de l'appareil, apprendre à connecter et lancer le contrôleur, ainsi qu'y charger le croquis nécessaire. Pour la commodité des utilisateurs, toutes les pièces de l'ensemble sont emballées individuellement et chacune d'entre elles est signée.

Le robot fonctionne selon trois modes standards :

1. Mouvement le long de la ligne. Dans ce mode, le robot se déplace le long d'un chemin prédéterminé à l'aide de deux capteurs linéaires numériques. Grâce à l'utilisation de tels capteurs, le robot surmonte facilement à la fois les virages en douceur et les sections de parcours plus complexes, qui ont, par exemple, la forme d'un huit. Une petite piste d'essai est incluse dans le kit.

1. Éviter les obstacles. La plateforme est équipée de quatre capteurs infrarouges qui permettent de détecter les obstacles sur le chemin du robot. Grâce à un algorithme de mouvement spécial, le robot se déplace sans entrave et ne reste pas coincé dans les virages.

1. Télécommande. Le robot fini reçoit une commande d'une télécommande utilisant un récepteur infrarouge. L'appareil obéit aux commandes de la même manière qu'une voiture jouet radiocommandée.

Le dispositif du robot est basé sur des capteurs de haute qualité et une carte microcontrôleur de Keyestudio, qui est un analogue absolu de la carte Arduino Uno d'origine, qui ne lui est pas inférieure en termes de caractéristiques externes et de paramètres techniques. Le châssis est réalisé sur une base acrylique avec quatre moteurs électriques N20 équipés de boîtes de vitesses.

Les avantages importants du Smart ROBO, qui rendent l'ensemble attrayant par rapport aux concurrents, comprennent :

• Le kit contient tout le nécessaire pour le montage. Le kit est un appareil complet et prêt à l’emploi. En plus des principaux éléments de base, le kit comprend des éléments supplémentaires : des tournevis pour assembler la plateforme et fixer les éléments, ainsi qu'une batterie pour le fonctionnement autonome du robot ;
• Des instructions étape par étape pour l’assemblage et la configuration sont fournies. Ce manuel vous permet de parcourir tout le chemin étape par étape : de l'assemblage de la partie mécanique du robot jusqu'au chargement du programme fini dans le contrôleur ;
• Trois modes de fonctionnement différents. Chaque mode peut être modifié à sa propre discrétion ;
• Possibilité de montage sans fer à souder. Tous les fils sont connectés à l'aide de connecteurs rapides et de bornes à vis. C'est-à-dire que l'utilisateur n'a qu'à connecter les éléments entre eux ;
• Sécurité. Le robot est alimenté par une batterie ordinaire de 9 volts.
• Polyvalence. La fonctionnalité du robot ne se limite pas à trois modes standards. Vous pouvez modifier vous-même une conception existante ou développer quelque chose de nouveau. Les plates-formes de montage sont équipées de fixations universelles, ce qui vous permet d'étendre considérablement ou de remplacer complètement la composition des modules et des capteurs. Les capacités du robot dépendent uniquement de votre imagination.

L'ensemble sera utile non seulement aux débutants, mais également à ceux qui ont des connaissances dans le domaine de la programmation de contrôleurs et souhaitent les élargir. Le produit peut également jouer le rôle de guide pédagogique dans les cours de physique, d’informatique et d’électrotechnique. Si nécessaire, il peut être utilisé comme guide étape par étape pour l'action dans un cours de robotique.

Vous pouvez trouver des informations plus détaillées sur l'ensemble Smart ROBO sur le site officiel

Les capteurs jouent l’un des rôles les plus importants en robotique. À l'aide de divers capteurs, le robot détecte l'environnement et peut y naviguer. Par analogie avec un organisme vivant, ce sont des organes sensoriels. Même un robot fait maison ordinaire ne peut pas fonctionner pleinement sans les capteurs les plus simples. Dans cet article, nous examinerons en détail tous les types de capteurs pouvant être installés sur un robot et l'utilité de leur utilisation.

Capteurs tactiles

Les capteurs tactiles donnent au robot la capacité de réagir aux contacts (forces) qui surviennent entre lui et d'autres objets dans la zone de travail. Généralement, ces capteurs sont équipés de manipulateurs industriels, ainsi que de robots ayant des applications médicales. Les machines équipées de capteurs tactiles gèrent efficacement les opérations d’assemblage et de contrôle, fonctions qui nécessitent une attention aux détails.

Lors du développement de robots humanoïdes modernes, les fabricants les équipent de ces capteurs pour rendre les machines encore plus « animées », capables de percevoir des informations sur le monde qui les entoure littéralement par le toucher.

Capteurs optiques

Lors de la construction d'un robot, vous ne pouvez tout simplement pas vous passer de capteurs optiques. Avec leur aide, l'appareil « verra » tout autour. Ces capteurs fonctionnent à l'aide d'une photorésistance. Le capteur de réflexion (émetteur et récepteur) permet de détecter des zones blanches ou noires sur la surface, ce qui permet par exemple à un robot à roues de se déplacer le long d'une ligne tracée ou de déterminer la proximité d'un obstacle. La source lumineuse est souvent une LED infrarouge avec une lentille et le détecteur est une photodiode ou un phototransistor.

Les caméras vidéo méritent une attention particulière. Ce sont essentiellement des yeux de robot. Ce type de capteur est aujourd’hui largement utilisé en raison de l’essor de la technologie dans le domaine du traitement d’images. Comme vous l'avez compris, outre les robots, il existe de nombreuses applications pour les caméras vidéo : systèmes d'autorisation, reconnaissance d'images, détection de mouvements en cas d'activités de sécurité, etc.

Capteurs sonores

Ces capteurs sont utilisés pour déplacer en toute sécurité les robots dans l'espace en mesurant la distance à un obstacle de plusieurs centimètres à plusieurs mètres. Ceux-ci incluent un microphone (vous permet d'enregistrer le son, la voix et le bruit), des télémètres, qui sont des capteurs qui mesurent la distance par rapport aux objets proches, et d'autres capteurs à ultrasons. La KM est particulièrement largement utilisée dans presque toutes les branches de la robotique.

Le fonctionnement du capteur à ultrasons repose sur le principe de l'écholocation. Voici comment cela fonctionne : le haut-parleur de l'appareil émet une impulsion ultrasonique à une certaine fréquence et mesure le temps jusqu'à ce qu'elle revienne au microphone. Les localisateurs de sons émettent des ondes sonores directionnelles qui rebondissent sur les objets, et une partie de ce son est renvoyée au capteur. Dans ce cas, l'heure d'arrivée et l'intensité d'un tel signal de retour contiennent des informations sur la distance jusqu'aux objets les plus proches.

Pour les véhicules sous-marins autonomes, les technologies de sonars sous-marins sont principalement utilisées, tandis que sur terre, les technologies de sonars sont principalement utilisées pour éviter les collisions uniquement à proximité immédiate, car ces capteurs ont une portée limitée.

D'autres dispositifs alternatifs aux localisateurs soniques comprennent les radars, les lasers et les lidars. Au lieu du son, ce type de télémètre utilise un faisceau laser réfléchi par un obstacle. Ces capteurs sont de plus en plus utilisés dans le développement des voitures autonomes, car ils permettent au véhicule de gérer plus efficacement la circulation.

Capteurs de position

Ce type de capteur est principalement utilisé dans les véhicules autonomes, les robots industriels et les appareils nécessitant un auto-équilibrage. Les capteurs de position comprennent le GPS (système de positionnement global), les points de repère (agissant comme une balise), les gyroscopes (déterminant l'angle de rotation) et les accéléromètres. Le GPS est un système de navigation par satellite qui mesure la distance, le temps et détermine la position du robot dans l'espace. Le GPS permet aux véhicules terrestres, aériens et nautiques sans pilote de trouver leur itinéraire et de se déplacer facilement d'un point à un autre.

Les gyroscopes sont également courants en robotique. Ils sont responsables de l’équilibrage et de la stabilisation de tout appareil. Et comme cette pièce est relativement peu coûteuse, elle peut être installée dans n'importe quel robot fait maison.

Un accéléromètre est un capteur qui permet à un robot de mesurer l'accélération d'un corps sous l'influence de forces extérieures. Cet appareil ressemble à un corps massif, capable de se déplacer le long d'un certain axe et relié au corps de l'appareil par des ressorts. Si un tel dispositif est poussé vers la droite, la charge se déplacera le long du guide à gauche du centre de l'axe.

Capteurs d'inclinaison

Ces capteurs sont utilisés dans les robots où il est nécessaire de contrôler l'inclinaison, de maintenir l'équilibre et d'empêcher l'appareil de se retourner sur une surface inégale. Disponible avec des interfaces analogiques et numériques.

Capteurs infrarouges

Le type de capteurs le plus accessible et le plus simple utilisé dans les robots pour détecter la proximité. Le capteur infrarouge envoie indépendamment des ondes infrarouges et, après avoir capté le signal réfléchi, détermine la présence d'un obstacle devant lui.

En mode « balise », ce capteur envoie des signaux constants grâce auxquels le robot peut déterminer la direction et la distance approximatives de la balise. Cela permet de programmer le robot pour qu'il suive toujours la direction de cette balise. Le faible coût de ce capteur lui permet d'être installé sur presque tous les robots faits maison, et ainsi de les doter de la capacité d'éviter les obstacles.

Capteurs de température

Un capteur de température est un autre appareil utile souvent utilisé dans les appareils modernes. Il sert à la mesure automatique de la température dans divers environnements. Comme dans les ordinateurs, dans les robots, l'appareil est utilisé pour contrôler la température du processeur et le refroidir en temps opportun.

Nous avons examiné tous les capteurs les plus élémentaires utilisés en robotique et permettant au robot d'être plus adroit, maniable et productif.

Capteur d'obstacles IR pour voitures robotisées YL-63 (FC-51)
Module de capteur d'évitement d'obstacles de voiture intelligente, Module de Tube infrarouge, capteur photoélectrique réfléchissant

Le capteur sans contact YL-63 détecte des objets dans une plage de distances allant de presque zéro à une limite définie sans entrer en contact direct avec eux. Différents fabricants attribuent des noms différents au même appareil. Certains appellent le capteur présenté le nom YL-63, d'autres FC-51. Le capteur est destiné à être utilisé lorsque des informations sur la distance par rapport à un objet ne sont pas requises, mais uniquement sur sa présence ou son absence. La distance de détection maximale dépend du réglage. Le capteur YL-63 a une sortie discrète. Il s'agit d'un capteur optique qui enregistre une augmentation de l'intensité du rayonnement infrarouge (IR) réfléchi dans un espace contrôlé. Les changements dans le rayonnement réfléchi se produisent en raison des parties mobiles des mécanismes ou du mouvement des objets environnants. YL-63 peut être placé sur un objet en mouvement pour déterminer sa position dans l'espace environnant. Il est utilisé pour détecter les obstacles lors du déplacement de véhicules automatiques à roues et à chenilles. Le capteur peut faire partie d'une aide visuelle pour les étudiants dans le domaine des systèmes de contrôle et d'automatisation.
L'appareil contient une source de rayonnement IR et un photodétecteur. Le rayonnement est réfléchi par un obstacle et enregistré par un photodétecteur. Il transmet un signal au comparateur LM393, qui est configuré pour fonctionner à un certain niveau d'éclairage du photodétecteur. Le comparateur génère un signal à la sortie du capteur YL-63 à un niveau logique bas ou haut.

Le capteur optique YL-63 appartient à la classe de diffusion. Le nom du groupe de capteurs est dû au fonctionnement sous-jacent du capteur pour la réflexion du rayonnement dans de nombreuses directions - la diffusion du rayonnement par une surface réfléchissante.
Le fonctionnement de l'appareil consiste à déterminer l'éclairage du photodétecteur. Étant donné que le YL-63 détecte le rayonnement réfléchi, il existe une erreur dans la mesure de distance causée par la réflectivité différente des surfaces d'objets constitués de divers matériaux.

Coefficients de distance pour la réflexion de divers matériaux.

Papier blanc mat	1
Tissu en coton	0,6
Polychlorure de vinyle gris	0,57
Arbre
légèrement coloré	0,73
brut	0,4
Plastique
blanc	0,7
noir	0.22
Caoutchouc noir	0,2-0,15
Aluminium brossé	1,2
Acier inoxydable poli	2,3

Les différentes réflexions et absorptions du rayonnement provenant de différents matériaux sont utilisées pour faire fonctionner l'unité de détection du tachymètre. Supposons que nous ayons . Vous devez connaître le nombre de tours par minute de l'arbre du moteur. YL-63 nous aidera. Il suffit de coller un morceau de papier blanc sur le volant, de diriger le faisceau du capteur vers le volant et nous obtiendrons une unité de détection tachymétrique.
Pour réduire les effets de diverses interférences, le microcontrôleur de traitement accumule les données reçues du capteur sur une courte période et effectue une moyenne. Le capteur YL-63 peut fonctionner dans des appareils ne disposant pas de microcontrôleur.

Possibilités

Tension d'alimentation 3,3-5 V
Distance de détection au plan blanc mat réfléchissant 0,02-0,3 m
Angle de détection 35°
Dimensions 43 x 16 x 7 mm

Contacts

Le capteur d'obstacles YL-63, également connu sous le nom de FC-51, est doté d'un connecteur à trois broches :
VCC-alimentation,
GND - fil commun,
SORTIE - sortie.

Indicateurs

Il y a deux indicateurs sur la carte du module. Une lueur verte indique que l'appareil est sous tension. La LED rouge s'allume s'il y a un objet dans la zone de détection.

Réglage de la distance de détection

La mise en place de l'appareil est facilitée par l'indicateur de détection. Cela permet de configurer le YL-63 alias FC-51 pour fonctionner en conditions réelles. Le réglage de la sensibilité du capteur se fait à l'aide d'une résistance variable installée sur la carte. L'obstacle est installé à la distance requise des appareils photographiques du capteur. En tournant le contact mobile de la résistance variable sur la carte du module YL-63, vous définissez la distance de réponse et allumez la LED rouge. Ensuite, la distance de détection est vérifiée en déplaçant un objet réfléchissant. Le réglage est répété au moins trois fois.

Programme pour le traitement du signal ArduinoOuiL-63

Le signal du capteur est fourni à la broche 12 de l'Arduino.

Void setup() (
Série.begin(9600);
pinMode(12,ENTRÉE);
}
boucle vide() (
Serial.print("Signal : ");
Serial.println(digitalRead(12));
retard (500);
}

Le capteur infrarouge est inclus dans la version domestique de l'ensemble Lego mindstorms EV3. C'est le seul capteur qui peut être utilisé indépendamment ou en conjonction avec une balise infrarouge, qui fait également partie d'un kit maison. Nous consacrerons les deux prochaines leçons à l'étude de ces deux appareils, ainsi que de leur interaction entre eux.

8.1. Nous étudions le capteur infrarouge et la balise infrarouge

(Fig. 1) dans son travail, il utilise des ondes lumineuses invisibles pour l'homme - les ondes infrarouges * . Les mêmes ondes sont utilisées, par exemple, par les télécommandes de divers appareils électroménagers modernes (téléviseurs, appareils vidéo et musicaux). Capteur infrarouge en mode "Approximation" envoie indépendamment des ondes infrarouges et, après avoir capté le signal réfléchi, détermine la présence d'un obstacle devant lui. Le capteur infrarouge met en œuvre deux autres modes de fonctionnement en tandem avec une balise infrarouge (Fig.2). En mode "Télécommande" Le capteur infrarouge peut détecter l'appui sur les boutons de la balise infrarouge, ce qui permet d'organiser le contrôle à distance du robot. En mode "Phare" La balise infrarouge envoie des signaux constants à partir desquels le capteur infrarouge peut déterminer la direction et la distance approximatives de la balise, ce qui permet de programmer le robot pour qu'il suive toujours la direction de la balise infrarouge. Avant d'utiliser la balise infrarouge, vous devez installer deux piles AAA.

Riz. 1

Riz. 2

8.2. Capteur infrarouge. Mode zoom

Ce mode de fonctionnement du capteur infrarouge est similaire au mode de détermination de la distance d'un capteur ultrasonique. La différence réside dans la nature des ondes lumineuses : si les ondes sonores sont réfléchies par la plupart des matériaux avec pratiquement aucune atténuation, alors la réflexion des ondes lumineuses est affectée non seulement par les matériaux, mais aussi par la couleur de la surface. Les couleurs sombres, contrairement aux couleurs claires, absorbent plus fortement la lumière, ce qui affecte le fonctionnement du capteur infrarouge. La plage de fonctionnement du capteur infrarouge diffère également de celle à ultrasons - le capteur affiche des valeurs allant de 0 (l'objet est très proche) de 100 (l'objet est loin ou non détecté). Nous soulignons encore une fois : le capteur infrarouge ne peut pas être utilisé pour déterminer la distance exacte à un objet, puisque ses lectures en mode « Approche » sont influencées par la couleur de la surface de l'objet examiné. À son tour, cette propriété peut être utilisée pour distinguer les objets clairs et sombres situés à égale distance du robot. Le capteur infrarouge s'acquitte avec succès de la tâche d'identification d'un obstacle devant lui.

Résolvons un problème pratique similaire à Problème n°14 de la leçon n°7, mais afin de ne pas nous répéter, nous compliquerons la condition avec des exigences supplémentaires.

Tâche n°17 :écrire un programme pour un robot se déplaçant rectilignement qui s'arrête devant un mur ou un obstacle, recule un peu, tourne à 90 degrés et continue de se déplacer jusqu'au prochain obstacle.

Un robot assemblé selon les instructions petit-robot-31313, un capteur infrarouge est installé en avant dans le sens de la marche. Connectez-le avec un câble au port "3" Module EV3 et commençons à créer le programme.

Considérons le bloc de programme "Attente" Palette orange en la passant en Mode : - "Comparaison" - "Zoom" (Fig. 3). Dans ce mode, le bloc de programme "Attente" a deux paramètres d'entrée : "Type de comparaison" Et "Valeur de seuil". Nous savons déjà comment configurer ces paramètres.

Riz. 3

Solution:

1. Commencer un mouvement direct
2. Attendez que la valeur seuil du capteur infrarouge devienne inférieure à 20
3. Arrêtez d'avancer
4. Reculer d'1 tour moteur
5. Tournez à droite de 90 degrés (en utilisant les connaissances de la leçon n°3, calculez l'angle de rotation requis des moteurs)
6. Continuez à exécuter les étapes 1 à 5 dans une boucle sans fin.

Essayez de résoudre Problème n°17 de manière indépendante, sans examiner la décision.

Riz. 4

Maintenant, pour renforcer le matériau, essayez d'adapter la solution Problèmes n°15 de la leçon n°7 utiliser le capteur infrarouge ! Arrivé? Partagez vos impressions dans les commentaires de la leçon...

8.3. Contrôle à distance d'un robot grâce à une balise infrarouge

La balise infrarouge incluse dans la version domestique du kit de construction Lego mindstorms EV3, associée à un capteur infrarouge, permet de contrôler le robot à distance. Regardons de plus près le phare :

1. A l'aide d'une balise infrarouge, dirigez l'émetteur du signal (Fig. 5, point 1) vers le robot. Il ne doit y avoir aucun obstacle entre la balise et le robot ! Grâce au grand angle de vision, le capteur infrarouge reçoit les signaux de manière fiable, même si la balise se trouve derrière le robot !
2. Il y a 5 boutons gris sur le corps de la balise (Fig. 5, point 2), dont les clics sont reconnus par le capteur infrarouge et transmettent les codes de clic au programme qui contrôle le robot.
3. Utilisation d'un interrupteur rouge spécial (Fig. 5, point 3) Vous pouvez sélectionner l'un des quatre canaux de communication entre la balise et le capteur. Cela a été fait pour que plusieurs robots puissent être contrôlés à proximité.

Riz. 5

Problème n°18 :écrire un programme pour contrôler à distance un robot à l'aide d'une balise infrarouge.

Nous savons déjà que pour implémenter la possibilité de sélectionner des blocs d'exécution, nous devons utiliser un bloc de programme "Changer" Palette orange. Définir le mode de fonctionnement du bloc "Changer" V- "La mesure" - "À distance" (Fig. 6).

Riz. 6

Pour activer la connexion entre le capteur infrarouge et la balise, vous devez définir la valeur correcte du paramètre "Canal" (Fig. 7, élément 1) selon le canal sélectionné sur la balise ! Chaque conteneur de programme de bloc "Changer" il est nécessaire de comparer l'une des options possibles pour appuyer sur les touches grises (Fig. 7, point 2). Notez que certaines options impliquent d'appuyer sur deux touches en même temps (les touches enfoncées sont marquées en rouge). Total dans le bloc de programme "Changer" dans ce mode, vous pouvez traiter jusqu'à 12 conditions différentes (l’une des conditions doit être sélectionnée comme condition par défaut). Les conteneurs logiciels sont ajoutés au bloc "Changer" en cliquant sur "+" (Fig. 7, élément 3).

Riz. 7

Nous proposons d'implémenter l'algorithme de contrôle du robot suivant :

• Appuyer sur le bouton en haut à gauche active la rotation du moteur à gauche, le robot tourne vers la droite (Fig. 7, valeur de l'élément 2 : 1)
• Appuyer sur le bouton en haut à droite active la rotation du moteur à droite, le robot tourne à gauche (Fig. 7, valeur de l'élément 2 : 3)
• En appuyant simultanément sur les boutons supérieurs gauche et droit, vous activez la rotation simultanée vers l'avant des moteurs gauche et droit, le robot avance en ligne droite. (Fig. 7, valeur de l'élément 2 : 5)
• En appuyant simultanément sur les boutons inférieurs gauche et droit, vous activez la rotation simultanée vers l'arrière des moteurs gauche et droit, le robot recule en ligne droite. (Fig. 7, valeur de l'élément 2 : 8)
• Si aucun bouton de balise n'est enfoncé, le robot s'arrête (Fig. 7, valeur du repère 2 : 0).

Lors du développement d'un algorithme de télécommande, vous devez savoir ce qui suit : lorsque l'une des combinaisons de boutons gris est enfoncée, la balise infrarouge envoie en continu le signal correspondant si les boutons sont relâchés, le signal cesse d'être envoyé ; L'exception est un bouton gris horizontal distinct (Fig. 7, pos. 2, valeur : 9). Ce bouton a deux états : "SUR" - "DÉSACTIVÉ". À l'état allumé, la balise continue d'envoyer un signal, même si vous relâchez le bouton (comme indiqué par l'allumage de la LED verte), pour désactiver l'envoi du signal dans ce mode, appuyez à nouveau sur le bouton gris horizontal.

Commençons par mettre en œuvre le programme :

Notre algorithme de contrôle à distance fournit 5 options de comportement, en conséquence notre bloc de programme "Changer" sera composé de cinq conteneurs logiciels. Commençons par les configurer.

1. Attribuons l'option par défaut à l'option lorsqu'aucun bouton n'est enfoncé. (Fig. 7, valeur du repère 2 : 0). Installons un bloc logiciel dans le conteneur qui éteint les moteurs "B" Et "C".
2. Dans le bouton en haut à gauche, cliquez sur le conteneur d'options (Fig. 7, valeur de l'élément 2 : 1) installer le bloc logiciel "Gros moteur", en allumant le moteur "B".
3. Dans le bouton en haut à droite, cliquez sur le conteneur d'options (Fig. 7, valeur de l'élément 2 : 3) installer le bloc logiciel "Gros moteur", en allumant le moteur "C".
4. Dans le conteneur de la possibilité d'appuyer simultanément sur les boutons supérieurs gauche et droit (Fig. 7, valeur de l'élément 2 : 5) installer le bloc logiciel "Contrôle moteur indépendant" "B" Et "C" avant.
5. Dans le conteneur de la possibilité d'appuyer simultanément sur les boutons inférieurs gauche et droit (Fig. 7, valeur de l'élément 2 : 8) installer le bloc logiciel "Contrôle moteur indépendant", en allumant les moteurs "B" Et "C" dos.
6. Plaçons notre bloc de programme personnalisé "Changer"à l'intérieur du bloc de programme "Faire du vélo".

A l'aide du schéma proposé, essayez de créer un programme vous-même, sans regarder la solution !

Riz. 8

Chargez le programme résultant dans le robot et exécutez-le pour l'exécution. Essayez de contrôler le robot à l'aide d'une balise infrarouge. Est-ce que tout s'est bien passé pour vous ? Comprenez-vous le principe de mise en œuvre du contrôle à distance ? Essayez d'implémenter des options de contrôle supplémentaires. Écrivez vos impressions dans les commentaires de cette leçon.

*Vous voulez voir des vagues invisibles ? Activez le mode photo sur votre téléphone mobile et amenez l'élément émetteur de la télécommande du téléviseur vers l'objectif du téléphone mobile. Appuyez sur les boutons de la télécommande et observez la lueur des ondes infrarouges sur l'écran du téléphone.

Les capteurs jouent l’un des rôles les plus importants en robotique. À l'aide de divers capteurs, le robot détecte l'environnement et peut y naviguer. Par analogie avec un organisme vivant, ce sont des organes sensoriels. Même un robot fait maison ordinaire ne peut pas fonctionner pleinement sans les capteurs les plus simples. Dans cet article, nous examinerons en détail tous les types de capteurs pouvant être installés sur un robot et l'utilité de leur utilisation.

Capteurs tactiles

Les capteurs tactiles donnent au robot la capacité de réagir aux contacts (forces) qui surviennent entre lui et d'autres objets dans la zone de travail. Généralement, ces capteurs sont équipés de manipulateurs industriels, ainsi que de robots ayant des applications médicales. Les machines équipées de capteurs tactiles gèrent efficacement les opérations d’assemblage et de contrôle, fonctions qui nécessitent une attention aux détails.

Lors du développement de robots humanoïdes modernes, les fabricants les équipent de ces capteurs pour rendre les machines encore plus « animées », capables de percevoir des informations sur le monde qui les entoure littéralement par le toucher.

Capteurs optiques

Lors de la construction d'un robot, vous ne pouvez tout simplement pas vous passer de capteurs optiques. Avec leur aide, l'appareil « verra » tout autour. Ces capteurs fonctionnent à l'aide d'une photorésistance. Le capteur de réflexion (émetteur et récepteur) permet de détecter des zones blanches ou noires sur la surface, ce qui permet par exemple à un robot à roues de se déplacer le long d'une ligne tracée ou de déterminer la proximité d'un obstacle. La source lumineuse est souvent une LED infrarouge avec une lentille et le détecteur est une photodiode ou un phototransistor.

Les caméras vidéo méritent une attention particulière. Ce sont essentiellement des yeux de robot. Ce type de capteur est aujourd’hui largement utilisé en raison de l’essor de la technologie dans le domaine du traitement d’images. Comme vous l'avez compris, outre les robots, il existe de nombreuses applications pour les caméras vidéo : systèmes d'autorisation, reconnaissance d'images, détection de mouvements en cas d'activités de sécurité, etc.

Capteurs sonores

Ces capteurs sont utilisés pour déplacer en toute sécurité les robots dans l'espace en mesurant la distance à un obstacle de plusieurs centimètres à plusieurs mètres. Ceux-ci incluent un microphone (vous permet d'enregistrer le son, la voix et le bruit), des télémètres, qui sont des capteurs qui mesurent la distance par rapport aux objets proches, et d'autres capteurs à ultrasons. La KM est particulièrement largement utilisée dans presque toutes les branches de la robotique.

Le fonctionnement du capteur à ultrasons repose sur le principe de l'écholocation. Voici comment cela fonctionne : le haut-parleur de l'appareil émet une impulsion ultrasonique à une certaine fréquence et mesure le temps jusqu'à ce qu'elle revienne au microphone. Les localisateurs de sons émettent des ondes sonores directionnelles qui rebondissent sur les objets, et une partie de ce son est renvoyée au capteur. Dans ce cas, l'heure d'arrivée et l'intensité d'un tel signal de retour contiennent des informations sur la distance jusqu'aux objets les plus proches.

Pour les véhicules sous-marins autonomes, les technologies de sonars sous-marins sont principalement utilisées, tandis que sur terre, les technologies de sonars sont principalement utilisées pour éviter les collisions uniquement à proximité immédiate, car ces capteurs ont une portée limitée.

D'autres dispositifs alternatifs aux localisateurs soniques comprennent les radars, les lasers et les lidars. Au lieu du son, ce type de télémètre utilise un faisceau laser réfléchi par un obstacle. Ces capteurs sont de plus en plus utilisés dans le développement des voitures autonomes, car ils permettent au véhicule de gérer plus efficacement la circulation.

Capteurs de position

Ce type de capteur est principalement utilisé dans les véhicules autonomes, les robots industriels et les appareils nécessitant un auto-équilibrage. Les capteurs de position comprennent le GPS (système de positionnement global), les points de repère (agissant comme une balise), les gyroscopes (déterminant l'angle de rotation) et les accéléromètres. Le GPS est un système de navigation par satellite qui mesure la distance, le temps et détermine la position du robot dans l'espace. Le GPS permet aux véhicules terrestres, aériens et nautiques sans pilote de trouver leur itinéraire et de se déplacer facilement d'un point à un autre.

Les gyroscopes sont également courants en robotique. Ils sont responsables de l’équilibrage et de la stabilisation de tout appareil. Et comme cette pièce est relativement peu coûteuse, elle peut être installée dans n'importe quel robot fait maison.

Un accéléromètre est un capteur qui permet à un robot de mesurer l'accélération d'un corps sous l'influence de forces extérieures. Cet appareil ressemble à un corps massif, capable de se déplacer le long d'un certain axe et relié au corps de l'appareil par des ressorts. Si un tel dispositif est poussé vers la droite, la charge se déplacera le long du guide à gauche du centre de l'axe.

Capteurs d'inclinaison

Ces capteurs sont utilisés dans les robots où il est nécessaire de contrôler l'inclinaison, de maintenir l'équilibre et d'empêcher l'appareil de se retourner sur une surface inégale. Disponible avec des interfaces analogiques et numériques.

Capteurs infrarouges

Le type de capteurs le plus accessible et le plus simple utilisé dans les robots pour détecter la proximité. Le capteur infrarouge envoie indépendamment des ondes infrarouges et, après avoir capté le signal réfléchi, détermine la présence d'un obstacle devant lui.

En mode « balise », ce capteur envoie des signaux constants grâce auxquels le robot peut déterminer la direction et la distance approximatives de la balise. Cela permet de programmer le robot pour qu'il suive toujours la direction de cette balise. Le faible coût de ce capteur lui permet d'être installé sur presque tous les robots faits maison, et ainsi de les doter de la capacité d'éviter les obstacles.

Capteurs de température

Un capteur de température est un autre appareil utile souvent utilisé dans les appareils modernes. Il sert à la mesure automatique de la température dans divers environnements. Comme dans les ordinateurs, dans les robots, l'appareil est utilisé pour contrôler la température du processeur et le refroidir en temps opportun.

Nous avons examiné tous les capteurs les plus élémentaires utilisés en robotique et permettant au robot d'être plus adroit, maniable et productif.

Dans cet article, nous examinerons plusieurs conceptions de robots qui implémentent les comportements suivants :
1. Il contourne un obstacle lorsqu'il entre en contact avec celui-ci avec ses « antennes ».
2. Évite les obstacles sans contact (pare-chocs IR).
3. Il pose ses « antennes » sur l'obstacle, recule, fait un tour, puis continue son mouvement.
4. Évite les obstacles en tournant (pare-chocs IR).
5. Suit l'objet tout en maintenant la distance (pare-chocs IR).

Avant de commencer à examiner les circuits, examinons brièvement les caractéristiques de la puce L293.

Fig. 1. Brochage de la puce L293D

À l'intérieur se trouvent deux pilotes pour contrôler les moteurs électriques.
Les moteurs sont connectés aux sorties OUTPUT. Nous avons la possibilité de connecter deux moteurs à courant continu.
Les 8ème et 16ème broches du microcircuit sont connectées au positif de l'alimentation. Une alimentation séparée est prise en charge, c'est-à-dire La 16ème broche (Vss) est destinée à alimenter la puce elle-même (5 volts), et la broche Vs (8ème broche) peut être connectée à l'alimentation des moteurs. La tension maximale de la partie puissance est de 36 volts.
Je ne les séparerai pas et les connecterai dans tous les circuits à une source d'alimentation commune.
Le négatif ou masse de l'alimentation (GND) est connecté aux broches n°4, 5, 12, 13. Ces contacts assurent en outre la dissipation thermique du microcircuit, donc lors du soudage à la carte, il est conseillé d'attribuer un zone métallisée pour ces broches.
Le microcircuit dispose également des entrées ENABLE1 et ENABLE2.
Pour allumer les drivers, il doit y avoir une unité logique sur ces broches ; autrement dit, on connecte les 1ère et 9ème broches au positif de l'alimentation.
Il existe également des entrées INPUT pour contrôler les moteurs.

Figure 2. Tableau de correspondance entre les niveaux logiques aux entrées et aux sorties.

Ci-dessus se trouve un tableau à partir duquel vous pouvez comprendre que si une entrée logique est appliquée à l'entrée INPUT1, c'est-à-dire Connectez-vous au positif de l'alimentation et l'entrée INPUT2 au négatif, puis le moteur M1 commencera à tourner dans une certaine direction. Et si vous échangez les niveaux logiques au niveau de ces entrées, alors le moteur M1 tournera dans l'autre sens.
La même chose se produit avec la deuxième partie, à laquelle est connecté le moteur M2.

C'est cette fonctionnalité qui est utilisée dans les schémas de robots présentés.

Schéma n°1. Le robot contourne un obstacle lorsqu'il le contacte avec ses « antennes ».

Figure 3. Schéma n°1. Avec capteurs d'obstacles mécaniques.

Une fois la puissance appliquée, les moteurs tournent dans une certaine direction, faisant avancer le robot. Cela est dû au fait qu'un signal de niveau haut est fourni à INPUT1 via la résistance R2, tout comme à l'entrée INPUT4. Le transistor VT1 est bien fermé, la base est tirée vers l'alimentation moins et aucun courant ne circule dans le collecteur.
Je vais vous expliquer sur le côté gauche, parce que... les deux parties sont symétriques.
À l'entrée INPUT2, un 0 logique est défini via la résistance R3. À en juger par le tableau (Fig. 2), le moteur tourne dans une certaine direction. Sur le côté droit du schéma, la même chose se produit et le robot avance.
Le circuit contient des clés (SB1, SB2) qui utilisent des commutateurs SPDT. Des trombones y sont fixés à l'aide de colle chaude et des capteurs d'obstacles sont obtenus.

Figure 4. Les capteurs d’antennes sont fabriqués à partir de trombones.

Lorsqu'un tel capteur heurte un obstacle, la clé se ferme et l'entrée INPUT2 est connectée au positif de l'alimentation, c'est-à-dire un "1" logique est fourni. Au même instant, le transistor s'ouvre également, ce qui fait que le un logique à l'entrée INPUT1 est remplacé par un zéro logique. Lorsque le bouton est enfoncé, le moteur tourne dans l'autre sens. La microcommutation se produit par à-coups et le moteur éloigne le robot de l'obstacle jusqu'à ce que le capteur cesse de toucher l'obstacle.

Comme vous l'avez peut-être deviné, les interrupteurs ou les moteurs eux-mêmes doivent être disposés en croix.

Schéma n°2. Le robot évite les obstacles sans contact (pare-chocs IR)

Un comportement encore plus intéressant peut être obtenu si les récepteurs TSOP sont utilisés comme capteurs pour recevoir des signaux infrarouges. Ce sera une sorte de pare-chocs IR.
Alors maintenant, le circuit ressemble à ceci.

Figure 5. Schéma n°2. Avec capteurs d'obstacles infrarouges.

Le « module de réception IR » fonctionne comme ceci : lorsqu'un signal infrarouge arrive au récepteur TSOP, une tension négative apparaît à sa sortie, qui déverrouille le transistor PNP, et le courant de l'alimentation plus est fourni au circuit d'entrée du microcircuit . Si la dernière fois, des interrupteurs mécaniques avaient été utilisés, avec ce qu'on appelle des antennes constituées de trombones, alors le nouveau système permettra au robot de ne pas s'écraser sur un obstacle, mais d'y réagir à une certaine distance. Cela ressemble à ceci :

La partie réceptrice est conçue de cette façon : deux modules absolument identiques (gauche et droit) fixés ensemble (Fig. 8).

Des TSOP1136 avec une fréquence de fonctionnement de 36 kHz ont été utilisés comme récepteurs. Les emplacements des broches sont indiqués dans la figure ci-dessous.

Fig.6. TSOP1136.

Nous avons compris les récepteurs, mais pour détecter les obstacles, nous devons envoyer un rayonnement infrarouge à une certaine fréquence dans l'espace devant le robot. La fréquence de fonctionnement des récepteurs varie, dans mon cas elle est de 36 kHz. Par conséquent, un générateur d'impulsions pour cette fréquence a été assemblé sur la puce NE555 et des diodes émettrices infrarouges ont été connectées à la sortie.


Figure 7. Circuit émetteur NE555.

Un fragment de planche à pain est fixé au châssis du robot, sur lequel vous pouvez installer le nombre souhaité de diodes IR.
Il est conseillé de mettre des tubes thermorétractables ou quelque chose de similaire sur les diodes afin qu'elles brillent vers l'avant et non dans des directions différentes.

Figure 8. Pare-chocs IR.

Après la mise sous tension, le robot peut reculer, cela est dû à la sensibilité trop élevée des récepteurs TSOP. Ils perçoivent le signal réfléchi même depuis le sol, les murs et autres surfaces. Par conséquent, une résistance d'ajustement est utilisée dans le circuit émetteur de signal IR (Fig. 7), à l'aide de laquelle nous réduisons la luminosité des diodes infrarouges et obtenons la sensibilité souhaitée.

Schéma n°3. Un tel robot s'éloigne de l'obstacle et effectue un virage.

Regardons un autre schéma intéressant.

Figure 9. Schéma n°3.

Lorsqu'un tel robot heurte un obstacle avec l'une de ses antennes, il recule en effectuant un léger virage, puis après une courte pause, le robot continue son mouvement. Le comportement est illustré dans l'animation ci-dessous :

Ce circuit est également entièrement compatible avec le pare-chocs infrarouge du circuit précédent.

Des condensateurs électrolytiques sont apparus dans le circuit entre l'émetteur et les résistances de base des transistors VT1 et VT2. Les diodes VD1, VD2 et LED HL1, HL2 sont apparues.
Voyons pourquoi ces composants supplémentaires sont nécessaires.
Ainsi, lorsque le commutateur SB1 se ferme, c'est-à-dire le premier capteur, le courant de l'alimentation positif à travers la diode VD1 et la résistance de limitation de courant R1 est fourni à la base du transistor. Il s'ouvre en changeant le niveau logique à l'entrée INPUT1, et le niveau à l'entrée INPUT2 change également.
À ce moment, le courant circule également vers le condensateur C1 et se charge. Le moteur M1 change brusquement de sens de rotation et le robot s'éloigne de l'obstacle. Dans la vidéo, vous pouvez voir que le deuxième moteur change également de direction de mouvement, mais pour une période plus courte. Cela est dû au fait que lorsque le capteur SB1 est fermé, le courant de l'alimentation plus circule également vers le côté droit du circuit, à travers la LED HL2. Les LED fournissent non seulement un signal à court terme concernant une collision avec un obstacle, mais agissent également comme un absorbeur de tension pour la moitié opposée du circuit. En termes simples, lorsque l'interrupteur SB1 est fermé, le condensateur C2 se charge moins que C1. Et lorsque la clé (capteur) SB2 est fermée, la même chose se produit, mais au contraire - C2 charge davantage (c'est-à-dire que la tension sur ses plaques est plus élevée). Cela permet non seulement de s'éloigner de l'obstacle, mais aussi de s'en éloigner légèrement. L'angle de cette rotation dépend de la capacité des condensateurs C1 et C2. Les condensateurs d'une capacité de 22 μF sont, à mon avis, optimaux. Avec une capacité de 47 µF, l'angle de rotation sera plus grand.
Vous pouvez également remarquer dans la vidéo qu’après que le robot s’éloigne d’un obstacle, il y a une courte pause avant d’avancer. Cela se produit en raison de la décharge des condensateurs, c'est-à-dire à un moment donné, les signaux logiques aux entrées INPUT sont équilibrés et le conducteur cesse pendant une seconde de comprendre dans quel sens faire tourner le moteur. Mais lorsque C1 et C2 sont déchargés, les entrées INPUT reviendront à leurs niveaux logiques d'origine.
Les diodes VD1 et VD2 empêchent la décharge des condensateurs via les LED HL1, HL2. Sans LED, le circuit ne fonctionne pas.

Schéma n°4. Schéma précédent avec pare-chocs IR.

Ce schéma diffère du précédent en ce sens qu'au lieu de capteurs mécaniques, des capteurs infrarouges (pare-chocs IR) sont utilisés ici.

Figure 10. Schéma n°4.

Les collecteurs des transistors PNP VT1 et VT2, lorsqu'un obstacle est détecté, enverront un signal au circuit d'entrée du microcircuit. Ensuite, tout se passe de la même manière que décrit précédemment, seul un tel robot, lorsqu'il détecte un obstacle devant lui, recule, fait un virage, puis continue de se déplacer.
Le comportement est illustré dans l'animation ci-dessous :

Le robot se comportera plus brusquement si la capacité des condensateurs C1 et C2 est réduite à, par exemple, 1 µF (capacité minimale 0,22 µF).

Comment faire suivre un objet à un robot ?

Dans tous les schémas présentés ci-dessus, les capteurs ou les moteurs eux-mêmes doivent être disposés en croix. Et avec une connexion directe (lorsque le capteur gauche « commande » le moteur gauche, celui de droite - celui de droite), le robot n'évitera pas l'obstacle, mais le suivra plutôt. Grâce à la connexion directe, vous pouvez obtenir un comportement très intéressant du robot : il poursuivra activement un objet tout en maintenant une certaine distance. La distance à l'objet dépend de la luminosité des diodes IR sur le pare-chocs (à régler).

Quelques photos supplémentaires :

Le châssis utilise des pièces métalliques du designer. La planche à pain se déplie pour faciliter le remplacement de la batterie.

Le robot est alimenté par 4 piles AA.

Les options de fabrication d'une carrosserie et d'un châssis pour un robot ne sont limitées que par votre imagination, d'autant plus qu'il existe de nombreuses solutions toutes faites en vente. Dans mon cas, le circuit sera transféré sur la carte, car un tas de fils n'est pas esthétique. Des batteries avec circuit de recharge seront également installées. Et quelles autres améliorations peuvent être apportées ou de nouvelles fonctions ajoutées - vous pouvez suggérer tout cela dans les commentaires.

Cet article comprend une vidéo qui décrit en détail le fonctionnement des circuits et démontre les différentes options de comportement du robot.

Liste des radioéléments

Désignation	Taper	Dénomination	Quantité	Note	Boutique	Mon bloc-notes
	Éléments de circuit n°1 et n°2 (sauf le pare-chocs IR)
VT1, VT2	Transistor bipolaire	2N3904	2			Vers le bloc-notes
R1, R2, R4, R6	Résistance	10 kOhms	4			Vers le bloc-notes
R3, R5	Résistance	4,7 kOhms	2			Vers le bloc-notes
C1		100 µF	1			Vers le bloc-notes
	Eléments du « module de réception IR » dans le schéma n°2, n°4
VT1, VT2	Transistor bipolaire	2N3906	2	KT361, KT816		Vers le bloc-notes
R1, R2	Résistance	100 ohms	2			Vers le bloc-notes
C1, C2	Condensateur électrolytique	10-47 uF	2			Vers le bloc-notes
	Éléments du « module d'émission de signal IR » Fig. 7
R1	Résistance	1 kOhm	1			Vers le bloc-notes
R2	Résistance	1,5 kOhm	1			Vers le bloc-notes
R3	Resistance variable	20 kOhms	1	pour régler la luminosité de FD1, FD2		Vers le bloc-notes
C1	Condensateur en céramique	0,01 µF	1			Vers le bloc-notes
C2	Condensateur en céramique	0,1 µF	1			Vers le bloc-notes
FD1, FD2	Diode IR		2	N'importe lequel