Carte électronique pour robot mobile

Midi Ingénierie assure la conception et la fabrication d’un produit électronique de qualité industrielle regroupant l’ensemble des fonctionnalités nécessaires aux besoins de la robotique mobile.

Voici l’exemple de notre projet de référence intégrant la plateforme dans le robot de téléprésence de notre partenaire Axyn.

L’objectif de ce robot UBBO est de disposer d’une présence physique afin de :

  • Se déplacer
  • Voir et être vu 
  • Entendre et être entendu

Tout ceci instantanément, c’est une amélioration considérable des échanges distants en personnifiant la télécommunication.

Cas client détaillé

UBBO peut aussi bien s’implanter dans une utilisation dite « d’organisation aux entreprises » ou pour répondre aux besoins des acteurs de l’industrie 4.0. Mais il s’implante également très bien dans les établissements de la santé et de l’éducation, comme ce fût le cas lors de l’arrivée de UBBO dans une école à Monaco, qui permet aux enfants hospitalisés de suivre les cours « quasiment comme en vrai, et d’interagir avec leurs camarades et enseignants de l’école ».

Source : Monaco : un robot pour permettre aux enfants hospitalisés de suivre les cours (presque) comme en vrai (francetvinfo.fr)

Le besoin initial

L’objet de cette demande est de réaliser l’électronique de contrôle commande des moteurs de roue d’un robot afin de maîtriser son déplacement sur des sols plus ou moins accidentés.

Fonctionnalités attendues :

  • Contrôle commande des moteurs
  • Centrale inertielle
  • Asservissement du robot

Représentation graphique des besoins en contrôle commande moteur :

Le principe du système consiste à asservir les moteurs en position et vitesse. Non seulement à l’aide de capteurs odométriques mais également grâce à une centrale inertielle regroupant un gyroscope, un accéléromètre et une boussole.

L’intérêt du dispositif est de pouvoir améliorer la fiabilité du déplacement sachant que l’information qui provient des codeurs reste peu fiable dans le cadre d’un robot mobile. En effet, les roues directement assemblées aux moteurs peuvent plus ou moins glisser selon la surface sur lesquelles elles se trouvent et donc perdre la position et dériver.

Les informations issues de la centrale inertielle permettent de résoudre ce problème en récupérant des données complémentaires que sont les quaternions ou angles d’Euler. Car sur une trajectoire d’avance linéaire, un glissement d’une des deux roues donnera l’impression au système odométrique que le robot a avancé comme il se doit alors qu’il a changé de direction.

Le gyroscope, la boussole et l’accéléromètre peuvent contredire cette information et ainsi permettre la réorientation du robot.

Cependant, les capteurs de la centrale inertielle sont également soumis à des perturbations et peuvent donner des informations erronées, en particulier l’accéléromètre et le magnétomètre.

Pour limiter les erreurs et dérives, un filtre statistique probabiliste est utilisé. Le plus courant est l’EKF mais d’autres filtres existent comme l’UKF ou encore filtre particulaire.

Architecture

Cette architecture est la plus complète. Elle reçoit la consigne externe, l’information externe des codeurs, calcule le PID, récupère les données de son IMU interne et fusionne l’ensemble des capteurs par un filtre de Kalman pour les retourner aux moteurs. Elle est configurable en externe.

Pour être réactif, l’asservissement doit être effectué régulièrement et fréquemment (pour un codeur de 1024 pulses/tour, 10 à 20 ms est un échantillonnage correct) et dépend du nombre de mesure des codeurs. Si la fréquence est trop basse, le robot ne sera pas réactif et aura du mal à corriger. Au contraire, si la fréquence est trop élevée, les mesures (de vitesse principalement) ne seront pas significatives (0, 1 ou 2 pulses par cycle d’asservissement) et le robot de corrigera pas bien.

La solution apportée par Midi Ingénierie

MIDI INGENIERIE a conçu une carte électronique de contrôle moteur robuste
qui fusionne l’automate de contrôle avec le pilotage de deux axes moteurs
Brushless et la gestion des capteurs de votre robot.

Cette carte fournit le système de gestion et de localisation grâce à un microcontrôleur Stm32 et des capteurs de déplacement (position roue, gyroscope, boussole, accéléromètre…).

Le mouvement est assuré par le pilotage de deux axes brushless en mode différentiel et synchrone. La détection d’obstacles de votre robot est garantie par la gestion de vos capteurs analogiques et numériques (Infrarouge, vide, proximité, …).

La grande diversité des bus de communication intégrés sur cette carte (I2C, Can, Spi, Rs232/422/485, Usb) assure une parfaite souplesse dans le développement de votre robot.

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