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montage
Ce document présente le montage de l’atelier « Bras dessinateur ». L’idée est de découvrir 3 domaines pratiqués dans l’ingénierie : la mécanique, l’électronique et l’informatique. Dans cet atelier vous apprendrez à assembler des pièces coupées au laser et d’y rajouter des petits moteurs rotatifs (servos). Puis vous vous attèlerez au soudage d’une petite carte électronique qui nous permettra de contrôler ces moteurs. Et enfin, la partie informatique prendra le contrôle des deux premières étapes et vous permettra d’interagir avec votre robot dessinateur ! ## Descriptif montage Ce robot ressemble à un bras humain simplifié, avec 2 articulations (comme l’épaule et le coude) qui permette aux 2 parties (bras entre l’épaule et le coude, et avant-bras entre le coude et le crayon).
Ces 2 parties sont mises en mouvement par des servo-moteurs. Ce sont des moteurs particuliers surtout utilisés en modélisme : ils ne peuvent faire qu’un demi-tour, mais peuvent se positionner selon un angle précis. La valeur de cet angle est envoyée sur un 3ème fil, jaune ou orange (une impulsion de tension est envoyée pendant une durée déterminée, c’est cette durée qui fixe l’angle : 1000 µs = 0°, 1500 = 90° et 2000 = 180°). Les parties surlignées en jaunes sont importantes, elles évitent de faire des erreurs de montage. Elles méritent une attention particulière et de bien suivre les instructions. Ne pas hésiter à demander à un animateur en cas de doute.
On construit la carte qui permettra de connecter les 2 servos à l’arduino : sortie D7 et D8 vers les commandes des servos et alimentation des moteurs en 5V. Il s’agit de souder les connecteurs des servos et de l’arduino, et de les connecter avec des fils.
- Vérifier que le matériel est complet : 1 veroboard, 1 arduino nano, 2 servos et accessoires (sachet avec bras plastique et vis), 2 connecteurs arduino, 2 connecteurs servo et du fil.
- Une fois les fils soudés, nous allons ajouter les connecteurs pour l’arduino. Placer les deux barrettes sur la carte en laissant 5 espaces entre les 2, et soudez-les.
- Placer les connecteurs servo au bord de la carte et les souder.
- Une fois que vous avez tout soudé, demandez à un animateur de vérifier votre carte afin de vérifier qu’il n’y a pas de problème.
- Placer l’arduino sur son support : le connecteur miniUSB vers l’extérieur
- Branchez les servos sur les connecteurs, le fil orange doit être orienté vers l’intérieur (là où la piste est coupée).
On construit le support et on y fixe les servos et les bras.
- Vérifier que le matériel est complet : 1 plateau + 10 pièces (2 pieds, 1 croisillon, 2 entretoises, 1 entretoise-butée, 1 butée, 1 avant-bras, 1 bras, 1 doigt porte-circuit), 2 vis M2 + 2 écrou, 1 pince.
- Placer le support face à soi, comme sur la photo :
### Montage du support 3. Emboiter les pieds sur le support tout en plaçant le croisillon entre les pieds et placer la butée (la plus petite pièce en forme de rectangle auquel il manque 2 coins) dans la fente en haut à droite du support. Montage du coude 4. Fixer le moteur du coude sur le bras (marqué arc) : placer le bras face à soi de façon à lire « arc », moteur avec l’axe contre la table et le fil jaune/orange en haut. Visser le servo avec les 2 vis à bois du sachet accessoires du servo. Passer le câble du servo dans les 2 encoches du bras, comme sur la photo suivante : 5. Retourner le bras, placer un bras plastique (qui s’emboite sur l’axe du servo, voir photos ci-dessous), le tenir, le retourner et visser son extrémité dans le 2ème trou depuis la gauche avec la vis à bois noire livrée avec le servo.
### Montage de l’avant-bras 6. Glisser l’écrou M3 dans la fente à l’extrémité de l’avant-bras 7. Comme pour l’étape 5, placer un bras plastique (qui s’emboite sur l’axe du servo), le tenir, le retourner et visser son extrémité dans le 2ème trou de l’avant-bras comme sur l’image ci-dessus Montage du servo sur le support 8. Passer le doigt dans la fente du support par le dessous, glisser l’entretoise-butée de façon à le faire tenir en place : 9. Empiler les 2 autres entretoises sur l’entretoise-butée : 10. Glissez le servo épaule dans les 3 entretoises (axe vers le haut, fil jaune vers le support, les fils partent du côté de la butée, comme sur la photo ci-dessus à droite). Fixer le servo avec les 2 vis-écrou M2 fournies avec le support. 11. Une fois ce premier montage réalisé, passez vers l’animateur se chargeant de calibrer les moteurs afin de mettre les vôtres dans la bonne position. Assemblage des parties 12. Cette étape doit être faite avec un animateur : positionner les servos. Exécuter les étapes V (IDE Arduino) et VI (calibrage) 1 à 3. 13. Maintenant que nos 3 parties sont prêtes, commençons par assembler les deux bras. Pour ce faire placer les deux bras perpendiculaires, les assembler et visser dans l’axe du servo (vis blanche fournie avec les servos). Tenir le bras pour être sûr de ne pas faire tourner le servo en serrant la vis, cela pourrait détruire le servo. Le montage devrait ressembler à la photo ci-contre : 14. Faites ensuite la même chose entre le support et le coude en le plaçant perpendiculaire au bord. Afin d’être sûr de ne pas faire d’erreur demander à un animateur si ce que vous faites est correct. Vissez le coude dans le support avec une des vis fournie avec les servos en tenant le bras pour ne pas faire tourner le servo.. 15. Brancher les connecteurs des servos avec le fil jaune/orange vers l’arduino. Le servo de l’épaule doit être branché sur le connecteur du haut de la photo ci-dessous : 16 Quand vous avez terminé de faire le montage, passez vers un animateur afin d’affiner la calibration de vos bras.
C’est l’application qui permet d’écrire des programmes et de les envoyer sur l’arduino.
- Si nécessaire, télécharger et installer l’IDE depuis https://www.arduino.cc/en/Main/Software
- Brancher l’arduino sur l’ordinateur
- Lancer l’IDE arduino
- Aller dans le menu Outils et sélectionner les valeurs suivantes : a. Carte : Nano b. Processeur : ATMega328 c. Port : COM X (choisir la plus grande valeur disponible pour X)
### Etapes optionnelles 5. Choisir Préférences dans le menu Fichiers 6. Cocher les cases « Afficher les numéros de ligne » et « Activer le repli du code »
## Calibrage
Cette opération permet d’ajuster les angles des bras, le but qu’il soient le plus perpendiculaires possible :
- Ouvrir le programme reglages dans l’IDE arduino
- Afficher le Moniteur Série (Menu Outils ou Ctrl+Shift+M)
- En bas de la fenêtre qui s’ouvre : cocher « Défilement automatique », « Retour Chariot » et « 9600 bauds »
- Téléverser le programme dans l’arduino
- Suivre les instructions dans le moniteur série. Le but est que le bras soit perpendiculaire au support et l’avant-bras perpendiculaire au bras (orienté vers la gauche). Il est possible d’utiliser le gabarit fourni pour un réglage plus précis. Pour exécuter une commander il faut cliquer dans la ligne en haut du moniteur série, taper la lettre, puis Enter.
- Une fois les bras bien placés, et les paramètres enregistrés, c’est terminé
## Programmation
Durant cette phase on pourra écrire les programmes qui dicteront les mouvements des bras de façon à ce que le crayon dessine des choses. Pour cela on utilise des coordonnées x et y pour indiquer la position du crayon sur la feuille, comme pour jouer à la bataille navale.
Ce système s’appelle : coordonnées cartésiennes. Pour indiquer l’emplacement d’un point, on donne ses coordonnées x et y. Dans l’image ci-contre, pour donner la position du point vert, on a x=2 et y=4 Pour ce montage, l’origine (point x=0 et y=0) se trouve en bas et au centre de la feuille et les valeurs sont données en mm. Par exemple, si on veut dessiner la lettre N (dans le rectangle vert de l’image ci-dessus), on peut utiliser les commandes suivantes : droite(0,0,0,3); droite(0,3,2,0); droite(2,0,2,3); Pour dessiner sur la partie gauche de la feuille les valeurs de x seront négatives : elles peuvent varier entre -148 et 148. Les valeurs de y varient entre 0 et 210. Il y a 2 zones auxquelles le bras ne peut pas accéder : en bas à droite et en haut à gauche.
Le programme fourni est divisé en 4 fichiers :
- programme.ino : programme exécuté par l’arduino. C’est le seul fichier qu’on va modifier pour indiquer les tracés à réaliser.
- declarations.h : liste des variables globales utilisées par le programme
- cinematique.h : contient les fonctions nécessaires pour commander les bras :
- toAngle(x,y) : calcule les angles des servos pour atteindre le point (x,y) le résultat est stocké dans les variables globales angle1 et angle2
- moveServos() : déplace les servo aux positions définies par angle1 et angle2
- isInside(x,y) : vérifie si le point (x,y) se trouve bien dans la feuille
- initServos() : place les 2 bras dans leur position initiale
- dessins.h : contient les fonctions qui permettent de tracés des droites, cercles, spirales, etc…
## Activité proposée :
- Ouvrir le projet programme.ino
- Comprendre les 3 parties : includes, setup() et loop()
- Modifier les instructions dans la fonction loop() pour changer les dessins :
a. Changer les valeurs des paramètres
b. Dessiner plusieurs formes sur la même feuille en utilisant les fonctions :
droite(), rectangle(), cercle(), spirale(), fleur(), hypotrochoide(), coeur(), dessinerListe()
Informations relatives au projet : https://github.com/HE-Arc/drawbot Contacts : gerald.huguenin@he-arc.ch et david.grunenwald@he-arc.ch