Robot Polystyrène

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Un robot réalisé en Polystyrène pour atelier Robot-Pédagogique peu cher

Auteur : Didier

Sous-pages

Instructions d'assemblage

Instructions de découpe et ressources

Polysson : Un Robot fait en polystyrène

Il s'agit de concevoir un robot le moins cher possible en polystyrène dans le but de créer un kit pédagogique d'introduction à la robotique à destination des enfants.

Les défis à relever :

  • Un coût moindre
  • Imaginer une forme fonctionnelle et rapide à fabriquer mais "attractive" (Kawaii comme on dirait au Japon)
  • Trouver des solutions pour connecter les servo-moteurs aux parties faites en Polystyrène
    • Modéliser et imprimer des actuators spécifiques ⇒ Pièces se connectant aux servo-moteurs et à l'élément (Ici du polystyrène) à faire bouger
    • Adapter la forme des éléments en polystyrène à ces actuators
  • Installer un Micro contrôleur (Arduino Uno)
  • Installer une alimentation (piles)
  • Système de contrôle (Envisagé : Télécommande Infrarouge basique)

Matériels utilisés/envisagés/testés

Composant Valeur/TYPE quantité
Résistance: 100 Ω 1
Les servo-moteurs pinces, poignets,tête (5 génériques Tower Pro SG90 9g): Servomoteur TowerPro SG90 Micro Servo 9G.png 5
Les servo-moteurs épaules (2 SRM102 Sanwa): Servomoteur srm102.jpg de chez SANWA 2
Recepteur infrarouge: TSOP38238 1
Kit Télécommande Adafruit ID 389: Télécommande infrarouge.png 1
Arduino: ArduinoUno R3.jpg Uno ou + (à adapter) 1
Plaque de dépron
3mm

Plaque de polystyrène extrudé
2cm

Plaque de polystyrène extrudé
4cm

Plaque de polystyrène extrudé
6cm

Plaque de polystyrène extrudé
15cm

Fonctions prévues:​ 

Rotation tête 1 Servomoteur

Rotation bras (Pas de rotation coude)

2 Servomoteurs (1 par bras)
Rotation Poignet 2 Servomoteurs (1 par poignet)
Ouverture/Fermeture main --> Pince 2 Servomoteurs (1 par main)
Emotion 2 LEDs pour pour faire rougir Polysson
rotation buste - non implémenté, peut-être dans une version 2... 1 Servomoteur

Usage de la télécommande

Les boutons ont été définis de manière à ce que leurs usages soient compris facilement. Dans la mesure où pour piloter le robot, on est en face de lui, sa droite est à notre gauche, donc, les numéros des boutons de la colonne de gauche représentent la partie droite du Robot, ceux du milieu la tête du robot et ceux de droite, la partie gauche du Robot. C'est ce que montre le dessin ci-dessous !

Polysson usage de la télécommande
Polysson télécommande

Description de l'usage des boutons montrés ci-dessus :

Boutons numéro de la télécommande
Pour le choix de la partie du robot à commander
Boutons de direction la télécommande
Droite/gauche pour la tête, haut/bas pour le reste
Boutons ENTER/SAVE la télécommande
Pour arrêter le mouvement de la partie du corps choisie
Boutons STOP/MODE la télécommande
Débranche tous les servomoteurs

Premiers essais, formes et liaisons avec les servomoteurs

Le bras, test global

Les servomoteurs choisis pour leur petites tailles et leurs coûts modiques ont bien sûr l'inconvénient d'être peu puissants. D'où l'idée d'utiliser du polystyrène pour alléger le Robot. Un premier test effectué sur le bras à mis en évidence que les servomoteurs utilisés pouvaient suffire pour le poignet et la pince, mais que pour soulever tout le bras, il faudrait soit en choisir un modèle avec un plus fort couple, donc un modèle plus gros et plus cher, soit trouver une astuce pour faire avec ces servomoteurs y compris pour la rotation de l'épaule. Un premier allègement du bras à été fait pour réduire son poids. Il a été raccourci un peu pour réduire le "moment" de la force exercée par la gravité et que doit contrer le servomoteur. C'est un problème classique de "bras de levier". Pour un servomoteur qui devrait mouvoir un objet d'un certain poids, plus ce poids est prêt de l'axe du moteur, moins cela demandera de force au moteur(couple), plus on l'éloigne et plus le moteur peinera. Nos servomoteurs (TowerPro SG90) sont dotés d'un couple(sa force) de 1,2kg. Cette valeur signifie que le moteur peut soulever un poids d'1,2kg si ce poids est placé à 1 cm de l'axe du moteur. Si on éloigne le poids de 10 cm, le moteur ne sera alors capable de porter qu'un poids 10 fois moindre, soit 120g.

A l'heure actuelle, la réduction de la taille et du poids du bras permet au moteur de le mouvoir, mais ça reste un peu faible encore, ça marche quand le bras monte, mais en descente ça saccade un peu !

Pour le moment le bras une première fois allégé se présente ainsi :

Bras actuel

Une solution pour tenter de régler le problème sans avoir à trouver d'autres servomoteurs pourrait être par exemple de ramener le servomoteur prévue pour la rotation du poignet, dans le bras plutôt que dans la main ou il est actuellement. Cela permettrait de raccourcir la distance entre ce servomoteur(et le poids qu'il représente) et l'axe du servomoteur de l'épaule(celui qui peine), ainsi, ce dernier devrait moins peiner.


Une autre solution (soufflée par Tuxun) serait d'ajouter un contrepoids, un peu comme dans l'image ci-contre  ⇒

Néanmoins, dans un premier temps, nous allons tester l'effet du déplacement du servomoteur du poignet vers le bras, peut-être que cela suffira ! 

Avec contrepoids

Quelques essais de liasons (Actuators) entre les servomoteurs et les parties en polystyrène

Ci-dessous quelques essais qui fonctionnent mais qui ne seront peut-être pas conservés 

La rotation du bras (épaule)

Version 1

Découpe du logement de l'actuator

La découpe dans le bras est dissymétrique pour ne pas fragiliser trop la jonction. Le cercle du milieu pourrait paraître un peu grand, mais c'est pour permettre l'inclusion du servomoteur au plus près du bras. 

La contrainte liée à l'utilisation de polystyrène découpé à la minicut2D (Machine de découpe fil chaud) implique une coupe en continu. C'est a dire qu'il n'est pas possible par exemple de découper un cercle "fermé" au beau milieu de la matière, il faut se frayer un chemin jusqu'à la découpe désirée, le cercle obtenu sera donc "ouvert". C'est un peu ce qu'il se passe ici. 

L'important ici est d'imaginer un design qui ne fragilise pas trop la structure. Ce premier essai "jonction épaule bras" est validé, la jonction se fait bien et semble assez "forte", néanmoins, le bras pourrait coulisser hors de l'actuator, rien ne l'en empêche, si ce n'est l'ajustement assez serré entre l'actuator imprimé en 3D et son "logement" dans le bras. 

Actuator imprimé en 3D en gris dans l'image

L'actuator ici en gris assure la jonction entre le servomoteur et le bras. 

Version 2

Découpe du logement de l'actuator

A été ajouté un motif "spiral" à l'arriere de l'épaule pour servir de contre-poids et ainsi aider le servomoteur dans la levée du bras. 2 encoches supplémentaires ont été ajoutées de part et d'autres de la découpe menant au cercle central. L'actuator version 2 viendra s'y glisser et corriger ainsi la faiblesse entrainée par l'ouverture menant au cercle.

L'actuator version 2, comporte désormlais une "griffe" servant à maintenir fermée l'ouverture créée par la découpe dans l'épaule. 

A aussi été ajouté, un "capuchon" pour que le bras et l'actuator ne se désolidarisent pas, même s'il y vraisemblablement peu de risques car la liaison entre ces 2 éléments est assez sérée.  Actuator épaule V2    

Actuator imprimé en 3D en gris dans l'image

Version 2 de l'actuator assurant la jonction entre le servomoteur et le bras. 

Version 3

Finalement la solution sera un mix des 2 précédentes. On garde la nouvelle version des actuators et on enlève le contre-poids qui ne s'est pas avéré suffisamment efficace, on retient l'utilisation de servomoteurs plus gros (actuellement SANWA SRM102)

La rotation du poignet

Version 1

Découpe du logement de l'actuator

Au bout du bras, la découpe qui recevra l'actuator assurant la jonction avec la main. 

La liaison s'avère très solide. Il est prévu un trou dans l'actuator pour eventuellement ajouter une vis et un boulon pour renforcer encore la liaison.

Ce système fonctionne super bien

Actuator imprimé en 3D en gris dans l'image

L'actuator ici en gris assure la jonction entre le servomoteur et le bras. 

Actuator imprimé en 3D en gris dans l'image

Le même actuator visible en perspective connecté à son servomoteur

Version 2

Découpe du logement du servomoteur

Au bout du bras, la découpe accueillera maintenant le servo moteur plustôt que l'actuator. Ceci, afin de ramener le poids du servo moteur un peu plus près de l'axe de rotation de l'épaule. 

Découpe du logement du servomoteur Un support imprimé en 3D est nécessaire pour maintenir le servomoteur dans le poignet

Actuator imprimé en 3D en gris dans l'image L'ensemble assemblé

Support/Actuator imprimé en 3D en orange dans l'image

Un support/actuator (en orange) assure la liaison entre le servomoteur du poignet et le servo moteur du pouce.

Photos au fur et à mesure de l'avancement

Première concrétisation :

le corps, il manque les bras et la tête... 

le 29/03/2016  

Une tête de panda pour Polysson ! 

le 25/03/2016  

Quand Polysson est ému, il rougit! 

le 29/03/2016    

Polysson en pleine action!  

Première mouture...
Polysson tête de panda
Polysson rougit
Polysson en pleine action!

Polysson en vidéo !

Le code Arduino

Télécharger et téléverser sur la carte Arduino le programme suivant.

https://files.slack.com/files-pri/T421LM7MX-F8CKQ70D6/download/polysson_arduino.ino

Ne pas oublier de télécharger et d’appliquer la bibliothèque IRremote avant d'installer le programme sur Arduino.

https://github.com/z3t0/Arduino-IRremote