Atelier pour un robot simple 1- Choix de la plateforme

Atelier pour un robot simple
www.bricobot.ch [email protected]
www.didel.com/AtRobotSimple.pdf
Ce document provisoire a été repris du document distribué le 22 octobre aux 10
participants.
Il est destiné à des encadrants qui voudraient faire un atelier similaire.
Cet atelier associe des techniques différentes qui donnent une bonne idée aux
jeunes qu'il peuvent aussi inventer des montages chez eux. Il convient bien pour
des jeunes de 12 à 14 ans qui n'ont pas de connaissances en électronique et
bricolage.
Des kit seront proposés par Didel, mais les encadrants peuvent préférer construire
leur propre robot, en s'inspirant du livre "Je construit mon robot" de F.Giamarchi.
Une décompositione en 2 ateliers nous semble actuellement préférabele.
Le premier atelier construit le robot simple.
Le 2e atelier donne des notions d'électronique et âvec un montage à deux
photorésistances, le robot se déplace vers une lumière. Un 3e atelier utilisant la
même plateforme pourrait pourrait utiliser une carte Arduino pour commander le
robot.
1- Choix de la plateforme
La plateforme d'un robot comprend les moteurs plus roues et l'alimentation 3 à 6V,
utilisant des accus rechargeable. Les piles non écologiques sont à proscrire.
Le moteur doit avoir un réducteur 20 à 50 pour que la vitesse soit correcte. Les
roues adaptées ne sont pas toujours facile à trouver.
Notre option est d'utliser un moteur ROME ou miniRome avec réducteur 50,
résistance 15 Ohm, donc faible consommation (moteur "solaire"). L'accu NiMh est
rechargé par USB, a voir comme une alimentation universelle pour bricoler avec
de Leds et moteurs (kit à 10 CHF).
Le moteur Rome a un réducteur 1:200, mais on change les engrenages pour avoir
un réducteur 1:50; c'est un exercice intéressant pour les jeunes.
Le moteur miniRome est prometteur. Il force à construire plus petit, donc plus
proprement
Attention avec d'autres moteurs, qui consomment excessivement.
Un support de pile peut convenir, mais il encourage l'achat de piles AA ou AAA,
les accus et le chargeur étant relativement cher.
Les moustaches et les microrupteurs sont adéquats et fiables. On peut bricoler des
fils qui font ressort, mais la fiabilité est plus difficile à garantir.
Le choix qui nous semble intéressant est de monter ces éléments sur un plaque de
contreplaqué peuplier 4mm, préparée avec quelques trous de positionnement, que
les participants doivent terminer à la scie à découper. La forme extérieure est
personnalisée.
2- Déroulement de l'atelier (6 heures)
Pour 10-12 jeunes, il faut prévoir par jeune une place de travail avec fer à souder
(1/2 table) et une table supplémentaire pour 4 scie à découper et une table avec 2
pistolets à colle.
Il faut au moins trois encadrants qui au début se répartissent la scie à découper, la
modification du moteur et la soudure (la majoritéi ne savent pas).
Première étape (< 2 heures)
En parallele, les jeunes scient leur carte, modifient le moteur et fixent les roues,
soudent un connecteur sur le moteur et vérifient sa consommations. Il faut un
ampère-mètre pour mesurer le courant. Si le courant est trop différent le robot n'ira
pas tout droit. Un moteur qui a un courant trop élevé est ouvert à nouveau pour
vérification.
2e étape (< 2 heures)
On explique principe de fonctionnement (peut se faire tout au début) – section 4
Le câblage peut se faire de 2 façons.
3e étape (1 heure)
On explique les Leds et résistances avec une carte d'expérimentation – section 5
On explique comment câbler une Led pour qu'elle s'allume ou s'éteigne quand la
moustache touche l'obstacle. Chacun personallise son robot avec quelques Leds
de couleur
Remarque
Notre expérience a montrer que souder des fils sur des connecteurs au pas de
2.5mm est difficile, donc les encadrants sont sollicités et l'avance
considérablement ralentie. Un kit de petits circuits imprimés est essentiel pour un
atelier en groupe. Il permet de réaliser un câblage propre, qui évolue facilement
vers l'adjonction de modules.
Un peu d’électronique
3- Un robot c’est pas si compliqué
Le but de l’atelier est de comprendre la base de l’électronique pour construire un
robot simple. La robotique est l'art de construire des dispositifs accomplissant
automatiquement des tâches plus ou moins difficiles. Aujourd’hui, notre robot
devra être capable d’éviter des obstacles et de suivre une lumière.
Un peu d’électronique
Nous avons maintenant un robot tout simple. Cependant, il n’est pas très
performant. Nous allons donc l’améliorer en lui donnant de nouvelles
fonctionnalités grâce à l’électronique.
Qu’est-ce que l’électricité?
L’électricité est comme une rivière d’électron. Il y a deux notions importantes : le
courant correspond au débit de l’eau et la tension représente une hauteur de
cascade.
Quelque composant
Les résistances
La résistance est un composant électrique qui permet
de limiter le courant dans notre circuit. Elle est
mesurée en Ohm (qui a pour symbole Ω).
Les résistances que l’on utilise lors de l’atelier valent
1k5 Ω et 33k Ω, qu’est ce que ça veut dire ? La lettre
‘k’ signifie que le chiffre qui la précéde est le chiffre des milliers. Donc 1k5 Ω =
1500 Ω et 33k Ω = 33000 Ω.
Comment reconnait-on celle que l’on utilise ? Pour indiquer leurs valeurs, les
résistances sont décorées par des anneaux colorés. Chaque couleur correspond à
un chiffre.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Les deux premiers anneaux désignent les chiffres significatifs. Le troisième quant
à lui, exprime le nombre de zéros. Toutes les résistances n’étant pas parfaitement
identiques, doivent avoir une tolérance. C’est le rôle de la dernière couleur (ici, le
doré signifie ±5%)
Si on compare la résistance avec notre modèle hydraulique, elle s’apparenterait à
Symbole de la résistance
1
5
00
±5%
3
3
000
±5%
un rétrécissement du tuyau pour diminuer le débit de l’eau (comme sur le dessin si
dessous).
Si monsieur Ohm tire trop fort, Ampère aura du mal à se déplacer. Dans un circuit,
c’est pareil, plus la résistance est grande, moins il y a de courant.
Resistance
Tension
Courant
La Led
La Diode ElectroLuminescente (DEL) ou Light Emitting Diode (LED) est un
composant électrique qui fait de la lumière quand elle est traversée par un courant.
Attention, la led est polarisée, c'est-à-dire que pour qu’elle fonctionne, il faut relier
le + au + de la pile et le – sur le –.
Pour revenir à l’eau, la led est comme une cascade.
+
courant
eau
_
+
courant
_
eau
Lorsque la led est correctement
Lorsque la led est à l’envers, l’eau ne
branchée, l’eau peut tranquillement
peut pas remonter la cascade. Le circuit
descendre la cascade.
ne marchera pas.
Pour que notre led fonctionne correctement, elle a besoin d’une tension de
démarrage et d’un courant limité car elle pourrait griller. C’est pour cela qu’elle est
toujours accompagnée d’une résistance qui se charge de lui donner l’intensité dont
elle a besoin.
Le transistor :
Le transistor est le composant qui a permis de
révolutionner l’électronique. Les montages que nous
verrons comportent jusqu’à 2 transistors mais dans la
pratique, un circuit intégré peut en contenir des
centaines de millions et certains ne font qu’une
centaine de nanomètre de long (un centième de
cheveu !!).
Le transistor peut être considéré comme un
amplificateur de courant.
Toutefois, lors de notre atelier, nous avons utilisé le transistor dans une de ces
nombreuses autres applications : un interrupteur. Nous avons utilisé des
interrupteurs mécaniques (il fallait appuyer dessus avec un doigt) dans la 1ère
partie de l’atelier alors que les transistors permettent de faire la même chose
électriquement : la commande de l’interrupteur n’est plus manuelle mais avec un
courant électrique. On dit qu’on utilise le transistor en tout ou rien.
Ce courant doit être ‘’injecté’’ dans la base pour que l’interrupteur soit en mode on.
Lorsque qu’aucun courant n’entre dans la base, le transistor est en mode off.
Couran
Doig
Interrupteur en mode OFF
Interrupteur en mode ON
Couran
t
Couran
t
Transistor en mode OFF
Transistor en mode ON
Attention : chaque patte du transistor est bien définie et a une utilité bien précise, il
n’est donc pas possible d’utiliser le fil du collecteur (C) comme émetteur (E) ou
vice-versa. Il faut donc faire attention lors du branchement du circuit.
A vos câble ! Prêts ! Partez !
Nous allons commencer par un schéma tout simple, une diode et une résistance.
Amusez vous à mettre la diode dans
l’autre sens et à changer la valeur de la
résistance.
Notre corps est comme une résistance.
Lorsque tu lui appliques une différence
de potentiel, il créé du courant. Ce
dernier est amplifié par le transistor et il
permet d’allumer la diode.
10kΩ
La LDR est une résistance qui varie en
fonction de l’intensité lumineuse qu’elle
reçoit.
Amuse toi à échanger la place de la
résistance et de la LDR.
Le dernier schéma que nous allons voir est un peu compliqué. Il utilise un
amplificateur opérationnel (le LM358N). C’est un circuit très utilisé en électronique
car il permet d’amplifier une tension. Ici, la tension que l’on amplifie c’est la
différence entre les deux LDR.
Comme
peux le
voir, ce
circuit
permet
savoir
d’où
vient la
lumière.
tu
de
LM358N
Attention : Le LM358N possède 8 pattes et chacune d’entre elles à une fonction
particulière. Pour ne pas te tromper, regarde bien le dessin et repère toi grâce au
creux qui se situe sur le circuit.
Il faut souder !
Maintenant que l’on a un montage qui permet de détecter une lumière, il serait
bien de le faire marcher sur notre robot. Pour cela, il te suffit de souder le circuit
imprimé avec les bons composants au bon endroit.
Extrait de www.bricobot.ch/docs/Soudure.pdf
Chauffer
Pousser la soudure
Ce qu’il ne faut pas faire, c’est avec le fer
ne chauffer que le fil et pas assez la
pastille. Le courant ne vas pas passer ! Il
faut rechauffer et amener un peu de
soudure à cause du flux qui est dedans (du
flux suffirait, on voit sur la photo qu’il y a
assez de soudure).
Autres conseils: www.didel.com/kits/SavoirFaire.pdf
Enlever la soudure, puis le fer
Schéma de principe
Schéma à réaliser sur le robot
Nous allons voir dans un premier temps, un robot tout simple qui évite les objets.
Pour ce faire nous allons réaliser le montage suivant :
Attention: Les interrupteurs que nous utilisons ont trois pattes, pour respecter le
circuit il ne faut pas se tromper et utiliser les pattes C et NC.