Toto : un robot qui fait un pas

Vu de l’extérieur, concevoir un robot pour la Coupe de France de Robotique peut sembler bien compliqué, très technique et hors de portée si on n’est pas soi-même un technicien chevronné. Cet article didactique proposé par l’équipe Toto (c’est bien son nom !) devrait vous aider à lever vos appréhensions et pourquoi pas vous inspirer pour votre futur robot !

Toto : présentation de l’équipe

L’équipe est constituée d’un groupe d’amis, tous anciens élèves d’une école d’informatique représentée à la Coupe par un lapin rose. Les membres sont éparpillés en France et leur objectif est de partir d’une idée la plus farfelue possible pour en faire un robot qui sera capable de passer les homologations de la Coupe de France. [Note de Planète Sciences: ce n’est pas sans rappeler les équipes Fribotte et Pupuce Team au début des années 2000]

Toto : présentation du robot

Toto est un robot marcheur bipède. Sa mécanique ingénieuse lui permet de n’utiliser qu’un très petit nombre d’actionneurs. Son secret réside dans la forme de ses pieds qui lui permet d’être stable lorsqu’un pied est levé.

Toto: 2 pieds et une mécanique simplifiée - photo : équipe Toto

Toto: 2 pieds et une mécanique simplifiée – photo : équipe Toto

Ici, point de pièce imprimée en 3D, point d’usinage au centième. Ce robot est construit avec ce qu’on avait sous la main : agglo de 20mm, contre-plaqué de 5 mm, médium de 3 mm, alu et plastique provenant d’un magasin de bricolage. Seule une glissière a été achetée pour l’occasion. Bref, essentiellement de la récup’

Toto et la marche à pieds

L’ex-croissance au niveau de chaque pied permet de s’assurer que le centre de gravité du robot sera toujours au dessus de la zone d’appui du pied.

L'empreinte de Toto est particulièrement reconnaissable, que ce soit sa forme de pied ou par l'excroissance ronde. Photo : équipe Toto

L’empreinte de Toto est particulièrement reconnaissable, que ce soit sa forme de pied ou par l’excroissance ronde. Photo : équipe Toto

Un unique servomoteur lui permet de lever la jambe gauche ou la jambe droite tout en maintenant le haut du robot vertical.

Un servo-moteur pour lever le pied gauche ou le pied droit : pour faire un pas ! - image: équipe Toto

Un servo-moteur unique pour lever le pied gauche ou le pied droit : pour faire un pas ! – image: keuronde

Enfin chaque jambe peut pivoter autour d’un axe vertical. Un servomoteur de chaque cote permet ce mouvement ; ces servomoteurs sont visibles sur l’image de présentation de Toto.

Pour être bien vu : Le mât balise

Le règlement de la coupe de France de robotique recommande que les robots soient équipés d’un support pour accueillir une balise à précisément 43 cm du sol. Bien que ce ne soit pas une obligation, ceci peut grandement faciliter la détection du robot par l’adversaire. Comme c’est dans les principes de l’équipe de Toto de ne pas gêner l’adversaire, le mât balise a été réalisé avec soin.

Jusqu’à présent nous n’avons pas vu, dans la description de Toto, la moindre partie qui soit stable en hauteur. Nous allons nous y intéresser.

Le support de la balise est placé au sommet d’un mât. Le mât est relié à la partie supérieure du robot par une glissière de tiroir. Cette partie supérieure du robot reste verticale au cours du mouvement. Mais si la verticalité est garantie, la hauteur en revanche n’est pas constante. Comment faire ?

Lorsque le corps du robot s’incline pour lever une jambe, la partie supérieure du robot (en vert sur les schéma) reste verticale et se rapproche de la jambe restée au sol. Partant de cette observation, nous avons déduit qu’il est possible de déterminer le déplacement vertical et latéral de la partie supérieure du robot en fonction de l’inclinaison du corps de Toto.

Rajoutez un changement de repère pour exprimer ces déplacements dans le repère du corps du robot (qui s’incline) et vous pouvez fixer un gabarit qui maintiendra à hauteur constante le support de la balise.

A l'aide d'un gabarit et de la glissière, le mât de Toto maintient la  balise à la bonne hauteur lorsque le robot avance. Image : keuronde

A l’aide d’un gabarit et de la glissière, le mât de Toto maintient la balise à la bonne hauteur lorsque le robot avance. Image : équipe Toto

C’est exactement le système utilisé sur Toto ! Le gabarit qui maintient le mât à la bonne hauteur se trouve, comme sur le schéma, au niveau du bas du corps du robot.

Le tir des lances

Les lances (en pratique de petites balles) sont stockées dans un panier. Le fond du panier est relié au haut du panier par deux ressorts. Le système est armé en début de match et, le moment venu, un servomoteur libère le fond du panier qui projette les balles. Relativement simple et particulièrement efficace !

Performances

Pour se déplacer, Toto n’utilise que des servomoteurs. Ce sont des actionneurs qui contiennent leur asservissement. De fait, le code qui pilote Toto ne contient pas le moindre asservissement, et pourtant…

Carton plein pour Toto : les 6 lances sont en place sur le Mammouth - photo : équipe Toto

Carton plein pour Toto : les 6 lances sont en place sur le Mammouth – photo : équipe Toto

Ses mouvements, parfaitement reproductibles, lui permettent de s’installer confortablement devant le mammouth pour l’assaillir avec ses 6 lances. Un système rôdé qui, une fois réglé, n’a pas montré de défaillance en match.

Vous pouvez voir le robot à l’œuvre ici !

Le rouleau de ruban adhésif à l’arrière du robot peut paraître étrange. Il a simplement été utilisé comme contre-poids lors des derniers essais, puis il a été oublié sur le robot pour l’homologation ! L’enlever aurait nécessité de ré-homologuer le robot, on l’a donc été conservé pour l’ensemble des matchs.

A découvrir

Toto est réalisé à partir des composants suivants : ça pourrait vous intéresser.

  • Les servomoteurs Dynamixel

Des servomoteurs qui se pilotent avec un protocole série. Vous configurez la commande maximale du moteur, la position et le servomoteur vous obéit au doigt et à l’œil. Envie d’aller plus loin ? Les servo Dynamixel vous renvoient leur vitesse, leur température… Ce n’est pas assez ? Vous pouvez ajuster les paramètres de leur asservissement !

Toto utilise deux AX-12A pour tourner ses jambes, un MX-28T pour lever ses jambes et encore un AX-12A pour tirer ses lances.

Pour en savoir plus, vous pouvez découvrir la gamme (couple et vitesse des servomoteurs) ici, ou découvrir les instructions supportées par les AX-12 ici.

  • L’Arbotix-M

Vous utilisez une carte Arduino mais l’absence de broches pour alimenter vos capteurs et actionneur vous insupporte ? Vous trouverez peut-être votre bonheur ici. Chaque broche de donnée est accompagnée par une paire de broches de puissance (tension et masse).

Cette carte propose, en plus, 3 ports pour des servomoteurs Dynamixel.

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