Comment fabriquer un Robot - Leçon 8 : Disposer des bons outils

Index des leçons :

• Leçon 1 - Mise en route
• Leçon 2 - Choisir une plate-forme robotique
• Leçon 3 - Donner un sens aux actionneurs
• Leçon 4 - Comprendre les microcontrôleurs
• Leçon 5 - Choisir un contrôleur de moteur
• Leçon 6 – Contrôler votre robot
• Leçon 7 - Utiliser des capteurs
• Leçon 8 - Disposer des bons outils
• Leçon 9 - Assembler un robot
• Leçon 10 - Programmer un robot

À ce stade, vous devriez disposer de tous les principaux composants pour votre robot, dont des actionneurs, des contrôleurs de moteur, un microcontrôleur, des capteurs et des systèmes de communication.

Crédit d'images : zatalian

Vous approchez à présent de la phase d'intégration où vous allez assembler toutes ces pièces, dans ce qui sera probablement un cadre robotique personnalisé. Pour cela, votre atelier/ laboratoire/ antre va devoir être prêt et disposer de tous les outils appropriés.

Atelier robotique

Nous avons mis en place trois scénarios possibles de laboratoires orientés robotique. Le choix des éléments à ajouter à votre laboratoire dépend du nombre de robots que vous envisagez de fabriquer, et de votre implication souhaitée en robotique. Nous avons défini trois grandes catégories pour les laboratoires, mais ne supposez pas que ces trois laboratoires soient exclusifs ; dans le monde réel, vous trouverez sans aucun doute des constructeurs de robots disposant d'outils pour plus d'un domaine, et pouvant vous procurer une liste d'autres outils qu'ils ont estimés utiles. La configuration De base est destinée aux tous nouveaux constructeurs de robots qui prévoient la construction de quelques robots bon marché pour le plaisir, ou ayant un projet unique à l'esprit. Il s'agit de la configuration la moins chère, à moins de 100 $, mais ne vous fiez pas au prix. Entre de bonnes mains, un atelier comme celui-ci peut être utilisé pour créer également des robots professionnels. La configuration Intermédiaire est destinée aux constructeurs qui ne sont pas tout à fait « professionnels », mais qui sont prêts à investir un peu plus dans les outils et les équipements afin de faciliter la fabrication, l'assemblage, les essais et le dépannage. La configuration Ultime est destinée aux utilisateurs qui ont l'intention de fabriquer beaucoup de robots et de prototypes évolués, en utilisant un grand choix de pièces et de matériaux. Ce type de constructeur cherche à ce que le prototype fini soit aussi professionnel que possible et peut même souhaiter produire de petites séries à partir du projet fini. C'est le type de configuration que vous trouverez probablement dans une petite société robotique. Nous ne pouvons pas couvrir tous les outils nécessaires à ce niveau, mais nous pouvons vous proposer quelques suggestions générales. Comme toujours, il est très important d'avoir le bon outil pour la bonne tâche et vous êtes le seul à bien connaître vos besoins. Ci-dessous, vous trouverez les différents outils et suggestions en matériels pour votre atelier, classés par niveau et type.

Outils mécaniques

• De base
  • Jeu de petits tournevis Ces petits tournevis sont nécessaires lorsque l'on travaille avec de l'électronique. Ne pas forcer trop cependant, leur taille les rend plus fragiles.
  • Jeu de tournevis classiques Tout atelier a besoin d'un multi-outil ou d'un ensemble d'outils comprenant des embouts pour tournevis plats/ Phillips et autres.
  • Pinces à bec effilé Un ensemble de pinces à bec effilé est incroyablement utile lorsque vous travaillez avec de petits composants et pièces, et c'est un ajout très peu coûteux à votre boîte à outils. Elles sont différentes des pinces ordinaires car elles parviennent à accéder même aux petits espaces.
  • Cutters/ pinces à dénuder Si vous avez l'intention de couper des fils, une pince à dénuder vous fera économiser du temps et des efforts considérables. Une pince à dénuder, lorsqu'elle est utilisée correctement, ne supprime que l'isolation du câble et ne plie ou n'endommage pas les conducteurs. L'autre alternative à une pince à dénuder est une paire de ciseaux, mais le résultat final peut être décevant.
  • Ciseaux, règle, stylo, crayon marqueur, couteau exacto (ou un autre outil coupant de poche), ce sont des éléments essentiels dans n'importe quel bureau.
• Intermédiaire
  • Outil rotatif (Dremel par exemple). Les outils rotatifs ont démontré leur incroyable polyvalence et peuvent remplacer la plupart des outils électriques conventionnels à condition que le travail devant être accompli le soit sur une petite échelle. Ils peuvent couper, percer, sabler, graver, lustrer, etc.
  • Perceuse Une perceuse est très utile surtout lors de la création des trous les plus grands ou lors de l'utilisation de matériaux plus solides/épais. Si vous êtes prêt à en faire l'investissement, une perceuse-étau vous permet de créer de façon fiable des trous parfaitement perpendiculaires.
  • Scie Une scie d'un certain type est bénéfique à ce stade pour découper des matériaux plus épais ou faire des coupes longues et droites. Vous pouvez utiliser une scie à main (bien que vous aurez certainement besoin de finir les rebords), une scie à ruban, une scie circulaire de table, etc.
  • Étau Comme votre travail devient plus complexe, vous aurez besoin de maintenir des matériaux et pièces fermement en place pendant que vous les usinerez. Pour cela un étau est essentiel et permet d'aller plus loin en termes de précision et de qualité.
• Ultime
  • CNC de table fraiseuse Une machine CNC de table vous permet d'usiner avec précision du plastique, des métaux et d'autres matériaux, et de créer des formes complexes en trois dimensions.
  • Tour de table Un tour de table (manuel) vous permet de créer vos propres moyeux, arbres, entretoises, adaptateurs et roues dans divers matériaux. Un tour CNC peut s'avérer exagéré puisque la plupart des constructeurs n'ont besoin que de changer le diamètre plutôt que de créer des formes complexes.
  • Machine de moulage sous vide Les machines de moulage sous vide sont utilisées pour créer des coques plastiques complexes moulées à vos spécifications exactes.
  • Cintreuses de métauxLors de la fabrication de cadres ou boîtiers robotiques en tôle ou de profilés métalliques, utiliser une cintreuse de métaux est indispensable pour obtenir des courbes précises et reproductibles.
  • Autres outils spécialisésÀ cette étape, vous serez très conscient de vos besoins d'usinage et aurez probablement besoin d'outils plus spécialisés tels que des grignoteuses de métal, des machines à souder, des imprimantes 3D, etc.

Outils électriques

• De base
  • Carte d'essais Qui, contrairement à ce que son nom anglais (breadboard) indique, n'a rien à voir avec une planche à pain Ces cartes sont utilisées pour créer facilement des circuits prototypes sans avoir à souder. Ce qui est idéal dans le cas où vous n'avez pas entièrement développé vos compétences en soudure, ou si vous voulez rapidement mettre ensemble des prototypes et tester des idées sans avoir à souder un nouveau circuit à chaque fois.
  • Câbles cavaliers Ces fils s'intègrent parfaitement de trou en trou sur une carte d'essais sans soudure et n'ont pas qu'une belle apparence, mais empêchent également l'encombrement.
  • Alimentation pour carte d'essais Lors d'une expérimentation avec de l'électronique, il est très important de disposer d'une source d'énergie fiable et facile à utiliser. Une alimentation de carte d'essais est l'alimentation la moins chère offrant ces caractéristiques.
  • Kit d'outils pour soudure Un kit fer à souder peu coûteux comprend tous les composants de base nécessaires pour vous aider à apprendre à souder et à réaliser des circuits simples.
  • Multimètre Un multimètre est utilisé pour mesurer la tension, la résistance, le courant, vérifier la continuité de connexions et bien plus encore. Si vous savez que vous allez fabriquer plusieurs robots et travailler avec de l'électronique, il est sage d'investir dans un multimètre de meilleure qualité.
  • Adaptateur mural Les tensions normalisées utilisées en robotique comprennent : les 3,3/ 5/ 6/ 9/ 12/ 18/ et 24 V. Du 6 V est bien pour commencer, car c'est souvent la tension minimale pour les moteurs à engrenages à courant continu et les microcontrôleurs, et c'est également la tension maximale pour les servomoteurs. Un adaptateur mural peut aussi être un bon remplacement pour des batteries, car celles-ci peuvent s'avérer très coûteuses à long terme. Un adaptateur mural peut vous permettre d'utiliser votre projet sans interruption alors que des batteries rechargeables doivent, par définition, être rechargées.
• Intermédiaire
  • Un laboratoire d'électronique intermédiaire s'appuie sur le laboratoire de base auquel s'ajoute ce qui suit :
  • Station de Soudure à Température ajustableUn fer à souder basique ne vous mènera pas bien loin. Une fer à souder à température variable avec des embouts interchangeables vous permettra d'être plus précis et de diminuer le risque de brûlure ou de fusion des composants.
  • Éponge en cuivre pour soudure En combinaison avec l'éponge humide plus traditionnelle pour essuyer l'excès de soudure, une éponge en cuivre peut aider à nettoyer la pointe d'un fer à souder sans l'avoir refroidi préalablement, ce qui vous permet de réagir plus rapidement et de souder comme un ninja.
  • Alimentation variable (au lieu d'un adaptateur mural). Disposer d'une source d'énergie puissante et fiable est très important lors de l'élaboration des circuits et des robots complexes. Une alimentation variable vous permet de tester différentes tensions et courants sans l'inconvénient d'avoir besoin de plusieurs types de batteries et adaptateurs d'alimentation.
• Ultime
  • Oscilloscope Un oscilloscope est très utile lorsqu'il s'agit de circuits analogiques ou de signaux périodiques.
  • Analyseur logiqueUn analyseur logique est comme un « œil numérique » lorsque l'on travaille avec des signaux numériques. Il vous permet de voir et de stocker les données produites par un microcontrôleur et simplifie le débogage de circuits numériques.

Divers

• De base
  • Fil d'interconnexion de calibre 22 Le diamètre du fil le plus courant (calibre) utilisé en robotique est 22 (0,0254 pouce ou 0,64 mm). Même si les fils multi-brins ont leurs avantages, un simple brin (noyau solide) vous permet d'être branché facilement dans les embases et les cartes d'essais.
  • Troisième main Lors de la soudure, pouvoir compter sur une main secourable insensible à la chaleur est extrêmement utile. Ce tiers est un outil incroyablement utile car il maintient le circuit imprimé et les composants en place pendant que vous soudez.
  • Pistolet à colle chaudeUn pistolet à colle chaude est incroyablement utile, quel que soit votre niveau d'expertise, et ne vous coûtera que quelques euros. La colle qui sort d'un pistolet à colle chaude fixe rapidement et offre une bonne adhérence. Contrairement à la colle normale, cette colle est tri-dimensionnelle, ce qui signifie que vous pouvez l'utiliser comme entretoise, colle, remplissage, pont etc.
  • Ruban Les types de ruban les plus populaires utilisés en robotique sont conducteurs et électriques. Le ruban électrique est le mieux adapté aux composants électriques (car il ne conduit pas), tandis que du ruban adhésif est le mieux pour des éléments structuraux.

• Intermédiaire
  • Fil de diamètre supérieur Lorsque vous construisez de plus grands robots, les moteurs CC nécessitent plus de courant et donc des fils de plus grand diamètre. Plus le calibre est petit, plus le fil est épais et peut prendre en charge plus de courant.
  • Pied à coulisse (Vernier) En plus d'être une règle classique, un vernier vous permet de mesurer plus précisément les pièces ainsi que les diamètres (tant à l'intérieur qu'à l'extérieur).

Logiciel

• De base
  • CAO Google SketchUp est un programme gratuit qui peut être utilisé pour créer votre robot en 3D, à la bonne échelle, complet et avec une texture. Cela peut vous aider à garantir que les pièces ne se chevauchent pas, à vérifier les dimensions des trous et à modifier la conception avant de passer à la construction.Autodesk 123D est un autre logiciel libre de CAO 3D (Conception assistée par ordinateur) plus spécialement orienté amateurs. Bien qu'il partage beaucoup des mêmes caractéristiques que Google Sketchup, il dispose de quelques caractéristiques intéressantes telles que la conception de pièce à base de solides, les assemblages, les transformations paramétrées et bien d'autres fonctionnalités qui sont habituellement observées dans des programmes de CAO haut de gamme.
  • Logiciel de programmation Votre premier logiciel de programmation doit correspondre à n'importe quel microcontrôleur sélectionné. Si vous avez choisi un microcontrôleur Arduino, vous devez choisir le logiciel Arduino ; si vous avez choisi un Basic Stamp de Parallax, vous devez choisir PBasic et ainsi de suite. Afin d'utiliser un grand nombre de microcontrôleurs, vous pouvez souhaiter apprendre un langage de programmation plus fondamental comme le BASIC ou le C.
  • Schémas et carte de circuit imprimé Il existe de nombreux programmes disponibles sur le marché, et EAGLE de CadSoft est l'un des plus répandus. Il comprend une vaste bibliothèque de pièces et vous permet de convertir votre schéma en une carte de circuit imprimé.

• Ultime
  • CAO SolidWorks est le programme de CAO privilégié par la plupart des constructeurs lorsqu'il faut réaliser une conception mécanique, mais il n'est certainement pas le seul disponible. Pour affiner votre travail à ce niveau (c'est à dire en utilisant des programmes d'une valeur de plusieurs milliers de dollars), vous devriez avoir une bonne idée de vos besoins afin de choisir le bon outil (Unigraphics, Catia, ProE etc.).
  • FAO Si vous utilisez une machine CNC, vous aurez besoin d'un programme de CAO 3D approprié, tel que ProE, AutoCAD, SolidWorks ou tout autre programme similaire. Afin de convertir votre modèle CAO en code utilisable à envoyer à la machine CNC, vous avez besoin d'un programme de FAO. Il est souvent possible d'acheter un programme de FAO spécifique au logiciel de CAO que vous avez choisi, ou de trouver un fournisseur tiers.

Matières Premières

• De base
  • Tôle mince Ce matériau peut facilement être coupé avec des ciseaux et peut être plié et façonné selon les besoins pour former le cadre ou d'autres composants de votre robot sans nécessairement avoir à faire d'usinage.
  • Carton Le bon carton (épais mais pouvant encore être coupé avec des outils à main) peut facilement être utilisé pour fabriquer un cadre ou un prototype Même la colle basique peut être utilisée pour maintenir ensemble des éléments en carton.
  • Plastique mince Le Polypropylène, PVC d'environ 0,42 cm d'épaisseur, peut être marqué ou scié pour créer un cadre plus rigide et plus durable pour votre robot.
  • Bois mince Le bois est un matériau idéal à travailler si vous en avez les moyens. Il peut être vissé, collé, poncé, fini et bien plus.
• Intermédiaire
  • Polymorphe Le Polymorphe vous permet de créer des pièces en plastique sans les tracas d'avoir à créer des moules.
  • Tôle Si vous avez des cloisons en métal découpé plus épaisses, la tôle fait un excellent matériau de construction pour un cadre de robot en raison de sa durabilité, de sa flexibilité et de sa résistance à la rouille.
  • Feuilles de plastique Les feuilles de plastique sont assez rigides et résistent à la déformation. Si vous êtes prudent et appliqué lors de la coupe ou du perçage de la plupart des plastiques, les résultats peuvent avoir un aspect professionnel

Exemples pratiques

Atelier De base : Ard-e

Ard-e, le robot à base d'Arduino, est un exemple de ce que vous pourriez réaliser avec un simple atelier n'incluant que les outils de base.

Atelier Intermédiaire : POLYRO

POLYRO est un robot très évolué qui peut être construit avec un atelier intermédiaire. Il possède la plupart des fonctionnalités dont sont dotées les plateformes robotiques professionnelles utilisées dans les laboratoires de recherche. Bien qu'il ait beaucoup de pièces complexes, la plupart d'entre elles peuvent être réalisées à l'aide de simples outils manuels. Pour l'exemple pratique standard figurant au bas de chaque leçon, un simple laboratoire de niveau intermédiaire sera nécessaire pour assembler le robot. Nous approfondirons cela dans la leçon suivante.

Atelier Ultime : BaR2D2

Le BaR2D2 est un bon exemple de ce qui peut être réalisé avec un tel atelier de robotique évolué. Il a beaucoup de pièces complexes usinées sur mesure et nécessite de bonnes capacités d'outillage Pour de plus amples informations concernant l'apprentissage de la construction d'un robot, veuillez consulter le Centre de formation de RobotShop. Consultez le Forum de la communauté RobotShop pour demander de l'aide dans la construction de robots, présenter vos projets ou simplement discuter avec d'autres collègues roboticiens.