Aujourd’hui, presque n’importe quel passionné de robotique peut construire un bras robotisé automatisé. Si les solutions robotiques pour la fabrication, la médecine et les travaux scientifiques sont plutôt à laisser aux professionnels, il est possible de réaliser un petit projet pour impressionner vos amis avec les moyens du bord. Vous voulez découvrir comment créer un bras robot simple basé sur le microcontrôleur Arduino et des servomoteurs ? Lisez la suite !
Signification de la technologie
Un bras robotisé est un dispositif mécanique automatisé contrôlé par un logiciel spécifique installé sur un microcontrôleur dédié. Il peut être un appareil autonome ou un élément d’un robot humanoïde. Le fonctionnement d’un tel dispositif dépend du mouvement de ses articulations — chacune peut offrir d’un à trois degrés de liberté. Par exemple, certaines articulations peuvent se déplacer à la fois de façon linéaire par rapport à la base du bras et en rotation.
Raisons d’automatiser
Les bras robotisés peuvent être conçus pour exécuter des tâches qu’un bras humain aurait du mal à accomplir seul. Ils peuvent saisir et assembler des pièces, souder, atteindre des zones difficiles d’accès, etc. D’une manière générale, l’objectif principal de ces dispositifs en robotique — que scientifiques et inventeurs poursuivent depuis de nombreuses années — est d’imiter le mouvement du bras humain avec la plus grande précision possible.
Qui en bénéficie ?
Un bras robotisé industriel automatisé peut être très utile pour le travail humain, entre autres. Les avantages les plus évidents sont :
- Grande vitesse et mouvements précis ;
- Faible consommation d’énergie et haute fiabilité ;
- Capacité à fonctionner pendant de longues périodes sans interruption ;
- Aptitude à travailler dans des conditions dangereuses et avec des matériaux dangereux ;
- Réduction de l’influence du facteur humain et du taux de blessures.
Guide : comment automatiser un bras robotisé
Nous allons vous expliquer ci‑dessous comment créer et automatiser un bras robotisé. Pour commencer, définissons le type d’appareil sur lequel nous allons travailler.
Types de bras robotiques
On distingue actuellement les catégories suivantes de bras robotiques :
- Cartésien : Ce type repose sur le mouvement de trois articulations conformément au repère cartésien. Il peut saisir et maintenir des pièces et est principalement utilisé en fabrication et en médecine pour le soudage et la découpe d’objets avec une précision microscopique.
- Cylindrique : Les bras de ce type sont utilisés pour l’assemblage de pièces. Ils sont basés sur le système de coordonnées cylindriques.
- Polaire : Ces dispositifs, basés sur le système de coordonnées polaires, sont principalement utilisés pour le soudage.
- SCARA : Ils comportent deux articulations pivot permettant des mouvements de rotation. Ils sont particulièrement efficaces pour réaliser des structures complexes.
- Articulé : Ces dispositifs possèdent au moins trois articulations mises en mouvement par des pivots rotatifs. Leur champ d’application est assez vaste, mais concerne surtout la fabrication.
- Parallèle : Les bras parallèles peuvent effectuer des mouvements rotatifs et linéaires. C’est actuellement l’un des types d’équipements automatisés de construction les plus avancés.
- Anthropomorphe : Le dernier, mais aussi le plus fascinant type de bras robotisé automatisé : sa construction et son fonctionnement sont presque identiques à ceux d’un véritable bras humain.
Préparation du matériel et du logiciel
Voyons quels composants vous devrez réunir pour construire et automatiser vous‑même un bras robotisé. Nous vous recommandons notamment les éléments suivants :
- 4 servomoteurs Tower Pro 9g ;
- Pièces de bras imprimées en 3D (le plan figure sur l’image ci‑dessus) ;
- Vis et boulons ;
- Arduino Uno microcontrôleur ;
- Sensor Shield V5 (pour connecter les servos aux pièces).
Quelques mots maintenant sur la préparation à la fabrication des pièces. Vous pouvez utiliser du plexiglas ordinaire — cela n’affectera pas la qualité finale de l’appareil. Toutefois, l’impression 3D n’est plus très coûteuse aujourd’hui et, pour être franc, nous vous recommandons d’épargner vos mains des dommages liés à la découpe manuelle des pièces. Les pièces de notre exemple ont été modélisées avec SketchUp.
Le fichier a ensuite été exporté à l’aide d’une extension puis envoyé à l’impression. Notez que, durant la modélisation, il est très important de définir avec précision les dimensions et l’emplacement des ouvertures pour les boulons qui maintiendront le mécanisme assemblé. Sinon, vous devrez ajouter des ouvertures supplémentaires et même réimprimer certaines pièces. Pour le logiciel de pilotage des servomoteurs, vous pouvez utiliser la bibliothèque Servo standard. Nous signalons toutefois que les fonctions par défaut de cette bibliothèque produisent des mouvements trop « secs » et brusques. De plus, chaque moteur ne se déplace par défaut que lorsque les trois autres sont à l’arrêt. Beaucoup d’ingénieurs ont considéré cela comme un inconvénient notable. C’est pourquoi il est préférable d’écrire des fonctions personnalisées pour chaque moteur — heureusement, ce n’est pas très difficile. L’algorithme général des mouvements du moteur est le suivant : la position d’un servomoteur doit être lue à chaque itération dans la fonction de base loop() — la fonction Servo.Read() le permet ; si la position ne correspond pas à l’angle défini, elle doit être rapprochée de l’angle requis d’un point par itération. Vous devrez aussi écrire séparément des fonctions qui définissent l’interaction avec le contrôleur. Certains ingénieurs préfèrent C#, même si Processing est l’environnement de développement le plus souvent recommandé pour gérer l’interaction entre contrôleurs Arduino via un port COM.
Configurer l’équipement
Les éléments se raccordent facilement — jetez un œil à ce prototype de startup, le projet uArm, dont la construction a utilisé des servomoteurs u-servo us-d150.
Tendances technologiques dans le monde
Quelques mots sur les tendances en robotique. Saviez‑vous, par exemple, que les secteurs professionnels les plus prometteurs pour l’emploi en robotique sont la médecine et la fabrication de technologies spatiales ? La NASA travaille activement à la création de robots capables d’imiter entièrement à distance des manipulations humaines afin de rendre l’exploration spatiale plus accessible et plus efficace. Par ailleurs, de nombreux inventeurs et scientifiques de cette décennie se sont attachés à réduire le coût de fabrication en robotique. Ainsi, construire vous‑même un bras robotisé (p. ex. basé sur des contrôleurs Arduino) peut coûter moins de 100 $ — un progrès remarquable par rapport à ce qui existait il y a à peine dix ans.
Pourquoi Progressive Automations ?
Évidemment, pour mettre en œuvre tous les processus d’automatisation d’un bras robotisé, vous aurez besoin d’un équipement spécialisé (servomoteurs, microcontrôleurs Arduino, etc.). Dans notre gamme, nous ne proposons que des pièces et appareils éprouvés et testés, que nos experts peuvent en outre configurer selon vos exigences. De plus, tous les produits disponibles dans notre boutique en ligne bénéficient d’une garantie de 18 mois avec options de réparation et de remplacement complet.
Conclusion
Comme vous pouvez le voir, il n’est pas si difficile de construire un bras robotisé avec des moyens limités. Nous espérons que les produits disponibles sur notre site vous y aideront également.