BALANC3R (à gauche) et Gyro Boy (à droite)
BALANC3R (à gauche) et Gyro Boy (à droite)

Ce tutoriel vous montre comment construire et programmer un robot LEGO MINDSTORMS EV3 auto-équilibré qui peut courir dans une pièce. Vous pouvez construire et programmer BALANC3R (à gauche) ou Gyro Boy (à droite). Une fois que votre robot est opérationnel, vous serez mis au défi de personnaliser la conception et le programme pour inventer votre propre robot auto-équilibré.

Étape 1: Construisez un robot

Pour commencer, sélectionnez le robot que vous souhaitez construire et suivez les instructions de construction étape par étape.

Conditions requises pour BALANC3R:

Cliquez pour accéder aux instructions de construction
Cliquez pour construire BALANC3R

Conditions requises pour Gyro Boy:

Étape 2: Installez le bloc de capteur gyroscopique EV3

Si vous utilisez le logiciel LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition, vous devez installer le bloc capteur EV3 Gyro avant de pouvoir programmer votre robot.

  • Suivez les étapes de cet article pour installer le bloc.
  • Si vous utilisez LEGO MINDSTORMS EV3 Student Edition, ce bloc est déjà installé.
Introduction du bloc Gyro Sensor
Installer de nouveaux blocs de capteurs

Étape 3: Téléchargez le projet de robot d’équilibrage

  • Cliquez avec le bouton droit sur ce lien, cliquez sur « Enregistrer le lien sous » et enregistrez le fichier de projet sur votre ordinateur.
  • Lancez le logiciel de programmation EV3 et ouvrez le fichier de projet téléchargé.

Avant d’exécuter les programmes, examinons brièvement leur fonctionnement. Le projet contient quatre exemples de programmes, deux pour chaque robot:

  • Motifs BALANC3R: Balance sur place, tourner à droite et tourner à gauche
  • BALANC3R-RemoteControl: Contrôlez le robot avec la télécommande infrarouge
  • GyroBoy-Bases: Balance sur place, tourner à droite et tourner à gauche
  • GyroBoy-Évitez les obstacles: Conduisez en évitant les obstacles

Chaque programme se compose de deux bloc de configuration, une boucle d’équilibreet un boucle de contrôle de conduite, illustré dans la figure ci-dessous.

Le programme d'équilibrage se compose d'une boucle d'équilibrage, d'une boucle de commande d'entraînement et de blocs de configuration.
Le programme d’équilibrage se compose d’une boucle d’équilibrage, d’une boucle de commande d’appareil et de blocs de configuration.
  • le bloc de configuration vous permet de spécifier à quoi ressemble le robot afin que le robot sache comment s’équilibrer. Par exemple, le deuxième paramètre du premier paramètre indique le diamètre des roues du robot. Les exemples de programmes sont préconfigurés avec les paramètres corrects pour BALANC3R et Gyro Boy si vous utilisez le capteur gyroscopique LEGO EV3. Si vous utilisez NXT HiTechnic Gyro, changez Sélectionnez le capteur mise en marche Lancer Mon bloc à 1.
  • le boucle d’équilibre maintient le robot en équilibre. Il mesure et calcule la position et la vitesse des moteurs et détermine la vitesse angulaire du robot (à quelle vitesse il tombe), ainsi que l’angle du robot par rapport au sol. À son tour, il utilise ces informations de capteur pour calculer comment entraîner les moteurs pour maintenir le robot en place. Vous n’avez pas besoin de modifier le réglage des blocs dans cette boucle.
  • le boucle de contrôle de conduite contrôle la vitesse et le contrôle du robot lorsqu’il se déplace dans une pièce avec un bloc de mouvement simplifié. C’est la partie du programme que vous pouvez facilement personnaliser pour créer votre propre programme.

Étape 4: Exécutez l’exemple de programme de base

Vous êtes maintenant prêt à télécharger l’exemple de programme sur votre robot.

  • Si vous avez construit BALANC3R, commencez par Motifs BALANC3R.
  • Si vous avez construit le Gyro Boy, commencez GyroBoy-Bases.

Pour démarrer le programme:

  • Gardez le robot debout avec ses roues au sol. Ne tenez pas fermement, mais gardez-le lâche pour qu’il soit entre la chute vers l’avant et la chute vers l’arrière.
  • Sélectionnez le programme et démarrez-le avec le bouton central du plateau EV3.
  • Vous entendez d’abord un bip. Maintenez le robot en place.
  • Vous entendrez alors un double bip. Maintenant, relâchez le robot et laissez-le s’équilibrer.

Votre robot devrait maintenant s’équilibrer à plusieurs reprises pendant 7 secondes, tourner à droite pendant 7 secondes et tourner à gauche pendant 7 secondes.

Si le robot ne s’équilibre pas, procédez comme suit:

  • Si cela ne fonctionne pas du premier coup, répétez les étapes ci-dessus plusieurs fois. Après un certain temps, vous savez quelle est la bonne position de départ «debout».
  • N’essayez pas «d’aider» le robot à s’équilibrer. Bien sûr, vous devez attraper le robot avant qu’il ne tombe, mais essayer de le maintenir droit avec vos mains est contre-productif.
  • Vérifiez que les câbles ont été correctement connectés conformément aux instructions de construction:
    • Les deux gros moteurs doivent être connectés aux ports A et D. (Si vous les remplacez accidentellement, ce n’est pas grave. Le robot confondra les virages gauche et droit, mais l’équilibrage ne sera pas affecté.)
    • Le capteur gyroscopique doit être connecté au port d’entrée 2, quel que soit le capteur que vous utilisez.
  • Vérifiez que vous avez correctement installé le capteur gyroscopique conformément aux instructions de construction.
  • Vérifiez que les piles sont neuves.
  • Assurez-vous que vous utilisez le dernier micrologiciel EV3 (1.06H ou 1.06E au moment de la rédaction de cet article).

Étape 5: Exécutez le deuxième exemple de programme

Si vous avez correctement programmé votre robot à l’étape précédente, il est facile de tester le deuxième exemple de programme pour votre robot. Le robot s’équilibre exactement de la même manière, mais les mouvements du robot sont un peu plus intéressants:

  • BALANC3R-RemoteControl vous permet de contrôler le BALANC3R avec la télécommande infrarouge illustrée dans la vidéo ci-dessus. Appuyez simplement sur les boutons de la télécommande pour faire avancer, reculer et tourner le robot. (Vous calculerez rapidement les commandes.) Si vous n’appuyez sur aucun bouton, le robot ne s’équilibre qu’au même endroit.
  • GyroBoy-Évitez les obstacles fait courir le Gyro Boy dans une pièce tout en reculant des obstacles, comme le montre la vidéo ci-dessus. Avant d’exécuter le programme, assurez-vous que des faisceaux blancs sur les deux bras du robot pointent vers le bas. Le programme s’appuie sur cette position de départ pour garantir que le capteur à ultrasons ne détecte pas le sol comme un «obstacle» lorsque le bras gauche du robot pointe vers le bas.

Étape 6: Personnalisez le programme

Comme vous l’avez appris auparavant, la boucle d’équilibrage maintient le robot en équilibre tandis que la boucle de commande d’entraînement contrôle la vitesse et la direction du robot. Les deux boucles fonctionnent simultanément ou simultanément. Dans la boucle de contrôle de l’appareil, utilisez Bouge toi Mon bloc pour spécifier le robot la vitesse et pilotage, comme ci-dessous.

movemyblock-ref
Le bloc Déplacer fait courir et diriger le robot. Dans cette configuration, le robot avance (30) en tournant à gauche (-15).

Le robot continue de fonctionner ou de tourner à la vitesse spécifiée jusqu’à ce que vous exécutiez à nouveau le bloc avec des valeurs différentes pour la vitesse et le contrôle. La figure ci-dessous montre Move My Block en action dans le programme d’exemple de base que vous avez exécuté à l’étape 4. Le premier bloc Move définit la commande et la vitesse sur 0, ce qui permet au robot de s’équilibrer sans tourner. Ensuite, un bloc d’attente met la boucle en pause pendant 7 secondes et maintient le robot au même endroit. Ensuite, un deuxième bloc Déplacer définit la valeur de contrôle sur 20, ce qui fait tourner le robot vers la droite. Après 7 secondes supplémentaires d’attente, le robot commence à régler la gauche en réglant la valeur de contrôle sur -20.

Contrôlez le robot avec Move My Blocks dans la boucle de contrôle de l'unité.
Contrôlez le robot avec Move My Blocks dans la boucle de contrôle de l’unité

Maintenant que vous avez appris à contrôler le robot, il est temps de tester vos compétences en programmation. Pour résoudre ces défis, vous pouvez utiliser les techniques du livre de découverte LEGO MINDSTORMS EV3, qui sont présentées dans les chapitres 1 à 9. À la place d’utiliser Déplacer le bloc de commande en position On comme dans les exemples de programmes que vous utilisez Déplacer mes blocs Comme montré ci-dessus.

Défis pour BALANC3R:

  • Laissez votre robot courir dans une pièce tout en évitant les obstacles avec le capteur infrarouge à proximité.
  • Laissez votre robot suivre la balise infrarouge. Lorsque vous déplacez le phare, le robot doit vous suivre.
  • Fixez le capteur de couleur devant les roues du robot et laissez le robot suivre une ligne. Vous pouvez imprimer les pistes suivantes sur votre robot à partir d’ici.

Défis pour Gyro Boy:

  • Laissez votre robot fonctionner dans différentes directions en fonction de la couleur qu’il détecte avec le capteur de couleur. Pour ce faire, laissez le robot attendre que le capteur voie un objet jaune, rouge, vert ou bleu. Ensuite, exécutez dans une certaine direction pendant 3 secondes en fonction de la couleur détectée avant d’attendre un nouveau signal de couleur.
  • Laissez votre robot afficher différents types de visages / yeux sur l’écran lorsque vous interagissez avec ses capteurs. Affichez un visage en colère si vous appuyez sur le capteur tactile, affichez un visage heureux lorsque vous déclenchez le capteur de couleur, et ainsi de suite.

Étape 7: Créez votre propre robot d’équilibrage

Dans les étapes précédentes, vous avez fait l’équilibre BALANC3R ou Gyro Boy sur deux roues, et vous avez appris à le contrôler avec Move My Block. Maintenant que les composants clés fonctionnent, vous êtes prêt à personnaliser à la fois votre robot et votre programme. Par exemple, vous pouvez transformer BALANC3R en un humanoïde réaliste avec des bras et le faire vous parler. Ou devenez fou et équilibrez les véhicules EV3 sur les roues arrière. Que diriez-vous d’une voiture de course auto-équilibrée de style F1? Quoi que vous fassiez, faites-le savoir aux autres dans les commentaires ci-dessous. Bonne construction!

Étape 8: Lectures complémentaires

Pour rendre ce tutoriel accessible à toute personne disposant d’un ensemble EV3, je n’ai pas couvert les détails de l’algorithme d’équilibrage. Au contraire, la conception de ce programme permet de contrôler le robot même si vous ne savez pas exactement comment fonctionne le mécanisme d’équilibrage.

Cependant, de nombreux articles ont été écrits sur les robots auto-équilibrés, et je vous encourage à en savoir plus sur le sujet en explorant les détails du programme EV3 sur cette page. L’algorithme d’équilibrage de ce programme est basé sur un baccalauréat écrit par Steven Witzand, qui fournit un bon aperçu du sujet, ainsi que du code source Java qui implémente l’algorithme d’équilibrage. À son tour, cet article s’appuie sur la conception et l’algorithme utilisés dans NXTway-GS par Yorihisa Yamamoto, que vous pouvez étudier pour plus de détails.

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