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 La théorie
  Automatisme
En automatisme, on distingue dans un robot la partie commande qui traite toutes les informations, les actionneurs qui effectuent une action et les capteurs qui informent le robot.

Boucle d'asservissement
Vision de l'automatisme


Les capteurs ont une place prépondérente dans le système de traitement d'un robot. Ils peuvent à la fois informer le robot sur le milieu extérieur et l'informer sur ses propres actions en vérifiant l'état de ses actionneurs. Ils sont donc l'élément indispensable à un robot autonome pour savoir ce qu'il fait, ce qui se passe et prendre les bonnes décisions en conséquence.

  Les bonnes questions
Avant d'utiliser un capteur, il est bon de s'interroger sur les points suivants :
  • Son utilité
    Il n'est pas rare que les équipes soient assez cloisonnées : un groupe élec, un groupe méca et un groupe info. L'élec prévoit des supers capteurs top performants, la méca les place où elle peut et l'info est bien embettée parce qu'elle ne peut pas les gérer...
    Il est donc indispensable de bien se mettre d'accord sur l'utilité des capteurs qui vont être intégrés dans le robot.

    Exemple : La belle carte pour 16 capteurs de ligne IR ci-contre n'a jamais servi faute de programme pour les gérer...
    Carte IR
    Carte pour capteurs IR
    (robot INT 99)


  • Sa précision
    Les documentations techniques indiquent la précision du capteur. Ne pas oublier de les consulter!

  • Ses erreurs
    Des erreurs peuvent provenir de la précision du capteur, mais il peut aussi tomber en panne pendant un match ou transmettre des informations erronées suite à un dysfonctionnement. Il faut en être conscient et pouvoir gérer ces situations.

  • Sa fréquence
    Un capteur renvoie des informations de l'extérieur. Il faut savoir à quelle fréquence ces informations sont renvoyées pour les gérer efficacement. Une information de position toutes les 1s pour un robot qui va à 2m/s est par exemple bien insuffisant pour avoir un déplacement précis!

  • Son retard
    Le capteur renvoie une information, mais il y a souvent un temp de latence entre le moment où l'info a été obtenue et le moment où la commande la reçoit du capteur. Selon les situations, ce retard peut ne pas être négligeable.

  • Son interface
    L'interface avec la partie commande peut être très variable : d'un simple bit à une valeur analogique en passant par des bus I2C, etc... La partie commande doit être capable de gérer correctement les infos issues de cette interface.
  Des exemples de capteurs
Dans la suite de cette page, nous nous interesseront principalement aux capteurs de repérage qui sont indispensables pour des robots mobiles.
Voici quelques exemples d'autres capteurs :
capteurs de température, d'humidité, de lumière, de son...


 Les capteurs de position
Les capteurs de position ont pour fonction d'aider le robot à se diriger et de l'asservir sur sa trajectoire.
On distingue les capteurs relatifs et les capteurs absolus qui donnent chacun un type d'information différent qu'il faut gérer au mieux.
  L'asservissement
Comme indiqué dans le schéma plus haut, un capteur renseigne le robot sur sa position. Le robot agit alors sur un actionneur pour suivre une trajectoire. Il bouge. Le capteur détecte alors une nouvelle position. Il peut alors corriger ou poursuivre sa trajectoire. Cette boucle entre les actionneurs et les capteurs est appelée asservissement.

Caméra
Caméra robot ?? 98
Exemples d'asservissement :

- J'asservis le mouvement du robot sur les lignes blanches du terrain :
Des capteurs de ligne indiquent au robot s'il se trouve sur une ligne blanche. S'il dévie, le capteur ne détecte plus et le robot corrige sa trajectoire.
- J'asservis le mouvement du robot sur la balise :
Un capteur détecte le signal émis par la balise. Selon la direction trouvée, le robot corrige sa trajectoire.
- J'asservis l'apéro ... oups... rhalala Benoit tu suis un peu??!!!
  Les capteurs relatifs
Ce premier type de capteurs de position donne une information sur un delta de position. La nouvelle position peut être calculée par rapport à la dernière position.

  • Avantages :
    en général ils sont rapides. Ils sont souvent plus proches du robot et sont donc moins soumis à des interférences extérieures.

  • Inconvénient :
    Les erreurs sur le delta de position s'ajoutent à chaque mesure à la position calculée par le robot et le robot peut se perdre.
    Ainsi par exemple, une erreur de 0.1 degré sur un angle peut changer totalement la trajectoire du robot sur 1min30 de jeu. Ces erreurs auront d'autant plus de conséquences que le robot ira vite.

  • Exemples de capteurs relatifs :
    • Gyroscope
    • Compte-tour ou odomètre
      Il s'agit d'un dispositif monté sur les roues motrices, les moteurs ou des roues non motrices permettant de compter le nombre de tours faits par le robot et d'en déduire de combien le robot à avancé et comment. Il peut être facilement fait avec un capteur d'une souris de PC.
      En utilisant 2 de ces capteurs de chaque côté du robot, il est possible de calculer la position (X, Y, angle) du robot. Vous trouverez le détail de ces calculs dans le rapport de Coredump. Mais attention, les calculs nécessaires pour ce type de positionnement exigent de la puissance! Votre processeur doit suivre!

      Schéma pour le calcul des capteurs souris
  Les capteurs absolus
Contrairement aux capteurs relatifs, les capteurs absolus permettent au robot de se positionner par rapport à un repère connu.
  • Avantages :
    Le robot se positionnant dans un repère, il n'a pas à tenir compte de sa position précédente. Les erreurs ne s'ajoutent donc plus.


  • Inconvénient :
    Ce type de capteur est en général plus lent et moins précis sur de courtes distances.

  • Exemples de capteurs absolus :
    • GPS

    • Boussole

    • Les détecteurs de lignes blanches

    • Les détecteurs de rebords du terrain

    • Les détecteurs d'obstacles (contact, ultra son, infra rouge)

    • et bien sûr les balises (ultra son, infra rouge, laser, etc...)
Balise Gros Minet
Robot INT 99 avec balise 95-99
Bein quoi... ya aussi des balises juste pour faire beau ;-)
  Conclusion
L'idéal est de combiner les 2 types de capteurs en en dédiant l'un à l'asservissement et l'autre au positionnement.
Par exemple, classiquement on peut utiliser sur un même robot les comptes-tours et les balises.
Coredump, le robot INT 98 (voir ci-contre), combinait des comptes-tours faits avec des capteurs souris, des capteurs de lignes, ainsi qu'un recalage sur la bordure.

Avec les capteurs souris seuls, le robot avait une précision de 10cm, en ajoutant les capteurs de lignes, cette précision dans la position retombait à 5cm. Finalement avec un recallage sur bordure avant de marquer dans les buts adverses donnait une position quasi-parfaite au robot.
Capteur souris
Capteur souris + capteur de lignes (robot INT 98)


Mais combiner tous ces capteurs n'est pas une tache aisée et demande une bonne réflexion au niveau de la programmation.
Il est recommandé d'effectuer de bonnes simulations pour mettre tout en place.


Plan de la coupe 98 utilisé pour le repérage et la simulation (robot INT 98)


Il n'y a pas de capteurs miracles !
Tout est une question de compromis et exige une coopération étroite
entre mécaniciens, électroniciens et informaticiens pour obtenir le meilleur robot !




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