Un robot arduino de base

Dans le premier article de cette série, , je racontais pourquoi je veux faire un robot de base, avec juste des roues, deux moteurs, des piles rechargeables et un arduino. Nous allons maintenant voir comment créer cette base. 

Mon objectif

Faire un robot ultra simple, qui exécutera un programme téléversé dans l’arduino, sans interactions avec l’utilisateur. Cette base évoluera ensuite vers des fonctionnalités plus avancées.

Le matériel

La structure

Pour la structure, j’ai utilisé des plaques, et des roues, d’un kit robotique Multiplo. On peut tout à fait imaginer une autre structure, éventuellement avec du bois découpé à la maison. Les seules contraintes sont :

  • pouvoir fixer les moteurs associées aux deux grandes roues ;
  • mettre une petite roue sur la face « arrière » pour que le robot tienne tout seul « debout » ;
  • avoir du poids sur la petite roue pour que le robot ne tombe pas à la première accélération ;
  • pouvoir accéder facilement au breadboard et à l’arduino.

Les composants du robot

Pour avoir des livraisons gratuites et simplifier ces livraisons, j’essaie de tout prendre sur la boutique Universal colors d’Amazon.fr.

  • un arduino uno R3 ;
  • une puce L293D (1.03 € sur amazon.fr)
  • 2 condensateurs 1000uF 25V (50 pour 3.53 € sur amazon.fr)
  • un « breadboard » (carte d’expérimentation) à 1.81 € sur amazon.fr
  • connecteurs male – male arduino à breadboard (400 pour 1.67 € sur amazon.fr)
  • connecteurs femelle – femelle arduino à breadboard (400 pour 1.37 € sur amazon.fr)
  • 2 moteurs à courant continu (DC) ressemblant beaucoup à celui-ci, soir 5.16 € x 2.

Le coût total est donc de l’ordre de 22 € hors arduino et son cable USB.

Le circuit

Pour simplifier les schémas, j’ai fait d’une part un schéma montrant les alimentations des composants, d’autre part toute la partie commandes des moteurs. Evidemment, il n’y a qu’un seul arduino et un seul L293D !

Dans les deux schémas, le L293D est positionné avec sa petite encoche sur la gauche. Le pin 16 est donc en haut à gauche, comme dans le schéma ci-dessous :

position L293D

schéma de montage

Une image statique :

Le schéma du NoRobo avec arduino, moteurs DC et L293D

La création sur 123d.circuits.io est beaucoup plus précise. Elle permet de voir directement sur le schéma les numéros de patte, sur arduino ou sur le L293D. Et lorsqu’on clique sur la simulation, on peut même voir les moteurs tourner comme ça se passe sur le robot !

Explication du circuit

explications branchements L293D

Le composant L293D est un driver de moteur à très faible coût. Il accepte des alimentations de 4.5 à 36V et peut envoyer 600 mA à chaque moteur. On peut l’utiliser avec des moteurs à courant continu comme ici ou avec des moteurs pas à pas.

On utilise ces drivers pour des moteurs trop puissants pour être branchés directement sur l’arduino. Le pont H permet de bien séparer le courant utilisé pour faire fonctionner les moteurs du courant utilisé pour transmettre les informations.

L293D pattes de connexionLe L293D a 16 pattes de connexion :

pattes noms
1 Enable 1
2, 7, 10, 15 Input (données) pour moteurs 1 et 2
3, 5, 11, 14 Sorties (courant) vers moteurs 1 et 2
9 Enable 2
4, 5, 12, 13 Terre
16 5V pour les données
8 4,5 – 36V pour moteurs

 

Dans mon montage, j’ai fait les connexions suivantes :

L293D Connexion à
1 Pin 11 Arduino (~ pwm)
2 Pin 12 arduino
3 Moteur gauche, fil jaune
4 Terre (partagée arduino –piles)
5 Terre (partagée arduino –piles)
6 Moteur gauche, fil vert
7 Pin 13 arduino
8 12 V batteries ou piles

 

L293D Connexion à
9 Pin 10 Arduino (~ pwm)
10 Pin 9 arduino
11 Moteur gauche, fil jaune
12 Terre (partagée arduino –piles)
13 Terre (partagée arduino –piles)
14 Moteur gauche, fil vert
15 Pin 8 arduino
16 5V arduino

Wikipedia explique, en anglais, le fonctionnement d’un L293D.

Deux autres sources, en anglais (solar4schools en pdf et hardwarefun) , expliquent ce qui se passe selon les valeurs qu’on donne aux pattes input (2, 7, 10 et 15 du L293D) et aux pattes enable ( 1 et 9 du L293D).

Pour le moteur de gauche, on obtient le tableau logique suivant :

PIN 2 (Input 1A) PIN 7 (input 2A) PIN 1 (Enable) Moteur
1 1 1 Stop
1 0 1 En avant
0 1 1 En arrière
0 0 1 Stop
X X 0 Stop

Notion de découplage et condensateurs

Dans le schéma électrique, partie alimentation, j’ai dû ajouter de condensateurs de découplage. Au départ il n’y en avait pas et le robot ne fonctionnait pas. L’arduino s’éteignait et redémarrait, les roues tournaient mais sans respecter le programme défini.

branchement d'un condensateur electrolytiqueAu hasard d’une conversation, j’ai parlé de ce projet à un physicien retraité. Il m’a dit « découplage ! » et m’a parlé d’impédance interne aux alimentations, de condensateurs, de découplage. Je n’ai pas tout compris, loin de là. Mais en faisant des recherches sur internet (ici en anglais et là, aussi en anglais), j’ai compris que même si mon alimentation est stable, les changements rapides d’état dans mon montage provoquent des chutes de tension. Les condensateurs (capacitors en anglais) permettent d’accumuler de l’énergie et de la libérer pour compenser les chutes. J’ai donc mis deux condensateurs de 25V, 1000 micro farads (je les avais déjà et ça fonctionne, ne demandez pas pourquoi cette impédance…) entre le + et le – des piles d’une part, le + et le – en provenance de l’arduino d’autre part.

Les problèmes ont disparus. Je suis donc satisfaite du résultat obtenu avec ces condensateurs.

Pour info, un condensateur electrolytique a deux pattes de taille différentes. La patte la plus longue se branche au +, comme indiqué dans la photo à droite.

On notera que certains recommandent de mettre aussi des condensateurs entre les deux pattes de chaque moteur afin de prolonger leur durée de vie. Je ne le fais pas ici.

Programmation du robot

Pour le programme de départ, et une partie du montage, je suis partie de ce tutoriel en anglais, sur instructable amélioré par ce tutoriel, en anglais aussi.

J’ai fait les premiers tests en connectant directement les pattes enable du L293D au 5V. Mais dans ce cas, on ne dispose pas de variation de vitesse possible. J’ai donc préféré utiliser des trains d’onde (PWM) envoyer sous forme analogue aux entrées analogiques (~indiqué sur l’arduino) 10 et 11.

Le programme ci-dessous (dont on peut voir le fonctionnement en mode simulation sur 123d.circuits.io fait tourner le robot sur lui-même, dans le sens des aiguilles d’une montre puis à l’inverse.

Il n’a pas grand intérêt en tant que tel, autre que valider le montage et le principe de notre plate-forme robotique.

Téléchargement de ce programme : programme du robot de base (ino) ou sur GitHub ici.

Notez que pour un programme plus élégant et plus efficace, on devrait s’inspirer de https://github.com/sudar/DCMotorBot après avoir lu l’article de l’auteur ici.

quelques précisions sur les PWM

Lorsque les pattes enable du L293D sont connectées directement au 5V de l’arduino, on ne peut pas ajuster la vitesse des moteurs, simplement leur direction (avant, arrière). Le train d’ondes PWM permet de moduler la vitesse du moteur. Ces ondes sont carrées. Pour plus de précisions, voir cet article sur le site d’arduino.

Dans mon programme, lorsque je régle le moteur à une vitesse de 255, c’est comme si j’envoyais du 5V en continu. Par contre, avec le réglage à 175, j’envoie des ondes carré qui sont à 1 pendant 175/255 % du temps et à 0 le reste du temps.

Conclusion

Ce qui m’importait, c’était simplement de vérifier que mon robot de base fonctionne. Et c’est le cas.

Et voilà, mon robot tourne sur lui même sans jamais s’arrêter !

Robot de base Arduino L293D

Et le voici en vidéo :

Ma prochaine étape dans cette série d’articles   sera de commander le robot par un téléphone android, en liaison bluetooth.

3 commentaires


  1. Bonjour, ton robot est formidable,, je travaille aussi sur un robot explorateur teleguidable et intelligent,, il est commandé a distance via un téléphone avec wifi

    Répondre

    1. Bonjour Marcel. Merci pour ton commentaire.
      Je n’ai pas encore réussi à terminer mon robot… Je vais recommencer en m’inspirant de « Your Arduino Balancing Robot » de Joop Brokking. L’article est en anglais mais assez simple.
      Si tu veux partager des articles sur ton robot, tu es bienvenu.
      Anne-Laure

      Répondre

  2. Bonjour, le projet est vraiment super. Je travaille actuellement sur une main bionique (conception d’une main robotisé commandée par micro courant ) et donc vos articles m’aident beaucoup pour certaines de mes questions…

    Est il possible de vous contacter par mail ?
    (adresse mail)

    Merci encore

    Répondre

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