Robot Polystyrène
Un robot réalisé en Polystyrène pour atelier Robot-Pédagogique peu cher
Polysson : Un Robot fait en polystyrène
Il s'agit de concevoir un robot le moins cher possible en polystyrène dans le but de créer un kit pédagogique d'introduction à la robotique à destination des enfants.
Les défis à relever :
- Un coût moindre
- Imaginer une forme fonctionnelle et rapide à fabriquer mais "attractive" (Kawaii comme on dirait au Japon)
- Trouver des solutions pour connecter les servo-moteurs aux parties faites en Polystyrène
- Modéliser et imprimer des actuators spécifiques ⇒ Pièces se connectant aux servo-moteurs et à l'élément (Ici du polystyrène) à faire bouger
- Adapter la forme des éléments en polystyrène à ces actuators
- Installer un Micro contrôleur (Arduino Uno)
- Installer une alimentation (piles)
- Système de contrôle (Envisagé : Télécommande Infrarouge basique)
Matériels utilisés/envisagés/testés
| Composant | Valeur/TYPE | quantité |
|---|---|---|
| Résistance: | 100 Ω | 1 |
| Les servo-moteurs pinces, poignets, tête (5 génériques Tower Pro SG90 9g): | 167x167px | 5 |
| Les servo-moteurs épaules (2 SRM102 Sanwa): | 168x168px | 2 |
| Recepteur infrarouge: | TSOP38238 | 1 |
| Kit Télécommande Adafruit ID 389: | 169x169px | 1 |
| Arduino: | 164x164px
Uno ou + (à adapter) |
1 |
| Plaque de dépron | 3mm | |
| Plaque de polystyrène extrudé | 2cm | |
| Plaque de polystyrène extrudé | 4cm | |
| Plaque de polystyrène extrudé | 6cm | |
| Plaque de polystyrène extrudé | 15cm |
Fonctions prévues:
| Rotation tête | 1 Servomoteur |
| Rotation bras (Pas de rotation coude) | 2 Servomoteurs (1 par bras) |
| Rotation Poignet | 2 Servomoteurs (1 par poignet) |
| Ouverture/Fermeture main --> Pince | 2 Servomoteurs (1 par main) |
| Emotion | 2 LEDs pour pour faire rougir Polysson |
| rotation buste - non implémenté, peut-être dans une version 2... | 1 Servomoteur |
Usage de la télécommande
Les boutons ont été définis de manière à ce que leurs usages soient compris facilement. Dans la mesure où pour piloter le robot, on est en face de lui, sa droite est à notre gauche, donc, les numéros des boutons de la colonne de gauche représentent la partie droite du Robot, ceux du milieu la tête du robot et ceux de droite, la partie gauche du Robot. C'est ce que montre le dessin ci-dessous !
| Fichier:Polysson usage télécommande.png | Fichier:Polysson telecommande.jpg |
Description de l'usage des boutons montrés ci-dessus :
| 155x155px | Pour le choix de la partie du robot à commander |
| 150x150px | Droite/gauche pour la tête, haut/bas pour le reste |
| Fichier:Polysson telecommande bouton enter.png | Pour arrêter le mouvement de la partie du corps choisie |
| Fichier:Telecommande Polysson bouton stop.png | Débranche tous les servomoteurs |
Premiers essais, formes et liaisons avec les servomoteurs
Le bras, test global
Les servomoteurs choisis pour leur petites tailles et leurs coûts modiques ont bien sûr l'inconvénient d'être peu puissants. D'où l'idée d'utiliser du polystyrène pour alléger le Robot. Un premier test effectué sur le bras à mis en évidence que les servomoteurs utilisés pouvaient suffire pour le poignet et la pince, mais que pour soulever tout le bras, il faudrait soit en choisir un modèle avec un plus fort couple, donc un modèle plus gros et plus cher, soit trouver une astuce pour faire avec ces servomoteurs y compris pour la rotation de l'épaule. Un premier allègement du bras à été fait pour réduire son poids. Il a été raccourci un peu pour réduire le "moment" de la force exercée par la gravité et que doit contrer le servomoteur. C'est un problème classique de "bras de levier". Pour un servomoteur qui devrait mouvoir un objet d'un certain poids, plus ce poids est prêt de l'axe du moteur, moins cela demandera de force au moteur(couple), plus on l'éloigne et plus le moteur peinera. Nos servomoteurs (TowerPro SG90) sont dotés d'un couple(sa force) de 1,2kg. Cette valeur signifie que le moteur peut soulever un poids d'1,2kg si ce poids est placé à 1 cm de l'axe du moteur. Si on éloigne le poids de 10 cm, le moteur ne sera alors capable de porter qu'un poids 10 fois moindre, soit 120g.
A l'heure actuelle, la réduction de la taille et du poids du bras permet au moteur de le mouvoir, mais ça reste un peu faible encore, ça marche quand le bras monte, mais en descente ça saccade un peu !
| Pour le moment le bras une première fois allégé se présente ainsi : | Une solution pour tenter de régler le problème sans avoir à trouver d'autres servomoteurs pourrait être par exemple de ramener le servomoteur prévue pour la rotation du poignet, dans le bras plutôt que dans la main ou il est actuellement. Cela permettrait de raccourcir la distance entre ce servomoteur(et le poids qu'il représente) et l'axe du servomoteur de l'épaule(celui qui peine), ainsi, ce dernier devrait moins peiner.
Une autre solution serait d'ajouter un contrepoids, un peu comme dans l'image ci-contre ⇒ Néanmoins, dans un premier temps, nous allons tester l'effet du déplacement du servomoteur du poignet vers le bras, peut-être que cela suffira ! |
204x204px |
Quelques essais de liasons (Actuators) entre les servomoteurs et les parties en polystyrène
Ci-dessous quelques essais qui fonctionnent mais qui ne seront peut-être pas conservés
La rotation du bras (épaule)
Version 1
| 181x181px
La découpe dans le bras est dissymétrique pour ne pas fragiliser trop la jonction. Le cercle du milieu pourrait paraître un peu grand, mais c'est pour permettre l'inclusion du servomoteur au plus près du bras. |
La contrainte liée à l'utilisation de polystyrène découpé à la minicut2D (Machine de découpe fil chaud) implique une coupe en continu. C'est a dire qu'il n'est pas possible par exemple de découper un cercle "fermé" au beau milieu de la matière, il faut se frayer un chemin jusqu'à la découpe désirée, le cercle obtenu sera donc "ouvert". C'est un peu ce qu'il se passe ici.
L'important ici est d'imaginer un design qui ne fragilise pas trop la structure. Ce premier essai "jonction épaule bras" est validé, la jonction se fait bien et semble assez "forte", néanmoins, le bras pourrait coulisser hors de l'actuator, rien ne l'en empêche, si ce n'est l'ajustement assez serré entre l'actuator imprimé en 3D et son "logement" dans le bras. |
167x167px
L'actuator ici en gris assure la jonction entre le servomoteur et le bras. |
Version 2
| 239x239px
A été ajouté un motif "spiral" à l'arriere de l'épaule pour servir de contre-poids et ainsi aider le servomoteur dans la levée du bras. 2 encoches supplémentaires ont été ajoutées de part et d'autres de la découpe menant au cercle central. L'actuator version 2 viendra s'y glisser et corriger ainsi la faiblesse entrainée par l'ouverture menant au cercle. |
L'actuator version 2, comporte désormais une "griffe" servant à maintenir fermée l'ouverture créée par la découpe dans l'épaule.
A aussi été ajouté, un "capuchon" pour que le bras et l'actuator ne se désolidarisent pas, même s'il y vraisemblablement peu de risques car la liaison entre ces 2 éléments est assez serrée. |
170x170px
Version 2 de l'actuator assurant la jonction entre le servomoteur et le bras. |
Version 3
Finalement la solution sera un mix des 2 précédentes. On garde la nouvelle version des actuators et on enlève le contre-poids qui ne s'est pas avéré suffisamment efficace, on retient l'utilisation de servomoteurs plus gros (actuellement SANWA SRM102)
La rotation du poignet
Version 1
| 193x193px
Au bout du bras, la découpe qui recevra l'actuator assurant la jonction avec la main. |
La liaison s'avère très solide. Il est prévu un trou dans l'actuator pour eventuellement ajouter une vis et un boulon pour renforcer encore la liaison.
Ce système fonctionne super bien |
179x179px
L'actuator ici en gris assure la jonction entre le servomoteur et le bras. |
184x184px
Le même actuator visible en perspective connecté à son servomoteur |
Version 2
| 163x163px
Au bout du bras, la découpe accueillera maintenant le servo moteur plutôt que l'actuator. Ceci, afin de ramener le poids du servo moteur un peu plus près de l'axe de rotation de l'épaule. |
171x171px
Un support imprimé en 3D est nécessaire pour maintenir le servomoteur dans le poignet |
165x165px
L'ensemble assemblé |
176x176px
Un support/actuator (en orange) assure la liaison entre le servomoteur du poignet et le servo moteur du pouce. |
Photos au fur et à mesure de l'avancement
| Première concrétisation :
le corps, il manque les bras et la tête... |
le 29/03/2016
Une tête de panda pour Polysson ! |
le 25/03/2016
Quand Polysson est ému, il rougit! |
le 29/03/2016
Polysson en pleine action! |
| 285x285px | 309x309px | 198x198px | 224x224px |
Polysson en vidéo ! <embedvideo service="youtube">https://youtu.be/ds_IqscPc5M</embedvideo>
Le code Arduino
Télécharger et téléverser sur la carte Arduino le programme suivant.
Ne pas oublier de télécharger et d’appliquer la bibliothèque IRremote avant d'installer le programme sur Arduino.
https://github.com/z3t0/Arduino-IRremote
