Bien débuter avec le robot LEGO Mindstorm EV3

(actualisé le ) par administrateur


Apprendre la robotique avec la brique intelligent LEGO EV3


Le lycée dispose de plusieurs kits du robot "LEGO Mindstorms EV3". Ces kits permettent un apprentissage ludique et rapide des bases de la programmation d’un robot et en particulier des interactions capteurs - actionneurs. L’interface visuelle de programmation utilise des blocs d’instruction à l’instar de SCRATCH.

Robot LEGO Mindstorms EV3


Blocs d’instructions


La combinaison des différents blocs d’instructions sous une forme visuelle permet de créer simplement des programmes assignant au robot des tâches à réaliser.

  • Les blocs "ACTION"

Les blocs Action contrôlent les actions du programme. Ils commandent la rotation du moteur, mais également l’image, le son et la lumière sur la brique EV3.

  • Les blocs "CAPTEUR"

Les blocs Capteur permettent au programme de lire les données en provenance du capteur de couleur, du capteur infrarouge, du capteur tactile et d’autres composants.

  • Les blocs "FLUX"

Les blocs Flux contrôlent le déroulement du programme. Tous les programmes que tu crées commencent par le bloc de début.

  • Les blocs "OPÉRATIONS SUR LES DONNÉES"

Les blocs Opérations sur les données permettent d’écrire et de lire des variables, de comparer des valeurs et bien plus encore.

  • Les blocs "AVANCÉ"

Les blocs Avancé permettent de gérer les fichiers, les connexions Bluetooth et bien plus encore.


Focus sur les blocs "déplacement" et "direction"


Pour effectuer la programmation des déplacements basiques du robot, il faut bien connaître le bloc « Déplacement et direction » qui se trouve dans la palette des blocs d’action (verte). La figure ci-dessous montre le bloc Déplacement et direction en soulignant les différentes entrées du bloc.

Le bloc Déplacement et direction dispose de plusieurs parties différentes comme illustré ci-dessous.
Le Sélecteur de Port identifie les ports auxquels les moteurs sont connectés. Si vous utilisez le modèle RileyRover, assurez-vous que le moteur gauche est connecté au port B et que le moteur droit est connecté au port C (câbles en croisé). Si ce n’est pas fait correctement, alors notre robot va tourner à gauche quand nous lui disons de tourner à droite et vice versa.

Le sélecteur de mode sélectionne la façon dont vous souhaitez contrôler la durée de rotation des roues : activé, désactivé, activé pendant un certain nombre de secondes, activé pendant une rotation d’un certain nombre de degrés ou d’un certain nombre de rotations.


Les entrées des blocs


Les entrées des blocs changent en fonction du mode qui a été choisi.

  • Direction : Vous pouvez soit entrer une valeur, soit faire glisser le curseur. « 0 » signifie tout droit, « -100 » signifie tourner à gauche de façon serrée et « 100 » tourner à droite de façon serrée. Les valeurs entre ces limites vous donneront divers virages, des virages très progressifs jusqu’à des virages très serrés.
  • Puissance : Là encore, vous pouvez saisir un numéro ou faire glisser le curseur. « 100 » signifie « aussi vite que possible en avant », « -100 » signifie « aussi vite que possible en arrière » et « 0 » signifie puissance nulle (effectivement un arrêt). Des valeurs entre ces limites feront déplacer le robot à des vitesses différentes en avant ou en arrière.
  • Rotations / degrés / secondes : Cette entrée (visible selon le mode choisi) détermine dans quelle mesure les roues du robot vont tourner. Par exemple « 2 » en mode « rotations » fera tourner les roues du robot de deux rotations, « 4,5 » en mode « secondes » fera tourner les roues du robot pendant quatre secondes et demie.
  • Freiner à la fin : Quand le robot a terminé son mouvement, il peut soit appliquer immédiatement les freins pour les moteurs (VRAI) soit laisser les moteurs en roue libre (FAUX).

EXEMPLES :


Faire tourner le robot


ATTENTION : si vous souhaitez faire tourner le robot autour d’un cercle complet (360 degrés), beaucoup d’entre vous vont simplement taper 360 degrés avant d’exécuter le programme. Lorsqu’il est exécuté, cependant, si vous utilisez le RileyRover, vous allez constater que le robot ne tourne pas de 360 degrés, mais en réalité beaucoup moins.

Cela se produit parce que le bloc Déplacement et direction est conçu pour contrôler la roue du robot, et non l’ensemble du robot. Si nous observons la roue, nous constaterons qu’elle a effectivement tourné d’exactement 360 degrés, tout comme on lui a dit de le faire. L’angle de rotation du robot dépend de plusieurs facteurs dont la taille des roues et la distance entre les roues.

Pour trouver la durée requise pour faire tourner le robot de 360 degrés il est préférable de faire des expériences. Chaque conception du robot est légèrement différente, de sorte que le nombre de degrés nécessaires pour faire tourner complètement un robot peut varier considérablement, même avec des robots qui se ressemblent beaucoup.


Apprendre à programmer le robot Lego Mindstorms EV3


  • PREMIERS PAS SUR TABLETTE


  • CRÉER SON PREMIER PROGRAMME SUR TABLETTE


  • PREMIERS PAS SUR PC/MAC


  • CRÉER SON PREMIER PROGRAMME SUR PC/MAC


  • FAIRE BOUGER LE ROBOT


  • FAIRE RÉAGIR LE ROBOT AU TOUCHER


  • DIRIGER LE ROBOT



Qu’est-ce qu’un robot ?


D’après Wikipédia :

« Un robot est un dispositif mécatronique (alliant mécanique, électronique et informatique) accomplissant automatiquement soit des tâches qui sont généralement dangereuses, pénibles, répétitives ou impossibles pour les humains, soit des tâches plus simples mais en les réalisant mieux que ce que ferait un être humain. »


Pourquoi avons-nous besoin de robots ?


Les robots sont utilisés dans la société pour plusieurs raisons, chacun correspondant à un besoin particulier. La question peut également être posée ainsi :

« Quels sont les avantages réalisés en utilisant des robots dans certaines situations ? »

Les robots sont généralement utilisés pour faire des tâches ennuyeuses, sales ou dangereuses.

Dans un cadre industriel, l’utilisation de robots permet d’effectuer des tâches répétitives avec une grande précision. Les robots peuvent généralement effectuer des tâches simples beaucoup plus rapidement que les humains. Cela conduit à une productivité accrue et à un meilleur contrôle de la qualité des marchandises. Certains types de robots, en particulier ceux qui ont besoin de ramasser et de déposer des objets fragiles, sont si précis qu’ils peuvent manipuler des objets et effectuer des déplacements en s’arrêtant à l’endroit prévu avec une précision correspondant à l’épaisseur d’un cheveu. Les robots médicaux bénéficient de cette précision et permettent aux médecins d’opérer sur des patients qui sont dans une autre ville ou à l’autre bout du monde.

Les robots d’exploration et les robots militaires sont conçus pour éloigner les personnes des situations dangereuses. Les opérateurs du robot peuvent le conduire dans des zones dangereuses et utiliser les capteurs et les caméras à bord pour recueillir des informations. Ceci est particulièrement utile pour les missions de recherche et de sauvetage dans les zones sinistrées, où il peut être dangereux pour l’homme d’aller à la recherche de survivants.

Les robots de divertissement représentent une autre catégorie et offrent beaucoup de plaisir et d’intérêt pour les gens. Les situations amusantes dans lesquelles sont impliqués les robots peuvent facilement être vues à la télévision. La gamme de sophistication va des robots humanoïdes très complexes comme ASIMO et NAO, aux jouets comme RoboSapien et le système Mindstorms de LEGO ®. Les robots ménagers tels que le robot aspirateur Roomba ont été les premiers à être commercialisés comme robots domestiques avec les versions ultérieures qui ont été développées pour laver les planchers et nettoyer les gouttières. Le rêve d’un robot majordome qui ramasse nos vêtements et fait nos corvées n’est pas loin.


Quels sont les principaux composants d’un robot ?


Les robots peuvent être décomposés en trois éléments distincts : capteurs, unité de calcul et actionneurs.

Les capteurs sont utilisés pour « percevoir » le milieu environnant. Le robot utilise ces capteurs pour produire des données sur sa localisation et sur ce qu’il fait. Différents capteurs peuvent être utilisés pour détecter des conditions différentes, y compris la luminosité, la température, les collisions, les ultrasons, les ondes infrarouges ... la liste est longue ! Pensez aux différents sens que possèdent les humains et comment un robot peut les dupliquer. Les capteurs sont considérés comme entrées de données, car les données qu’ils produisent sont envoyées vers le cerveau du robot.

L’unité de calcul est constituée d’un ordinateur de bord que le robot utilise pour traiter les informations en provenance de ses capteurs. Cela peut être aussi petit que quelques circuits intégrés ou aussi grand qu’un ordinateur personnel. La capacité de calcul requise par le robot dépend du niveau de complexité des tâches requises.
La dernière composante distincte d’un robot, ce sont ses actionneurs. Les « actionneurs » sont des « pièces qui font des choses ». Ceux-ci peuvent être des moteurs dans les roues, ou des moteurs qui font bouger des bras. Ça pourrait également être des pistons hydrauliques ou des vérins pneumatiques. Les actionneurs sont une forme de sortie, tout comme les lampes et les haut-parleurs. L’ordinateur du robot ordonne ces sorties de faire des tâches différentes.

De manière générale, les capteurs fournissent des informations à l’ordinateur qui prend des décisions et qui dit aux moteurs ce qu’ils doivent faire.


D’où vient le terme "robot" ?


Si l’idée d’êtres artificiels existe depuis de nombreuses années, le terme « robot » a été inventé par Karel Čapek, écrivain tchèque, dans sa pièce RUR (les robots universels de Rossum) en 1920. Le mot est dérivé du mot tchèque « robota » qui signifie « travail forcé », « esclave » ou « servitude ». Čapek attribue à son frère Josef l’invention du mot.

Le public a tout d’abord découvert les robots au cinéma, par exemple dans « La Guerre des Etoiles » (R2D2 et C3PO), et grâce à la littérature de science-fiction, par exemple la série de livres « I, robot » d’Isaac Asimov.

Les robots contemporains ont d’abord été développés dans les années 1950, avec le robot Unimate de George Devol, capable de soulever et d’empiler des pièces métalliques très chaudes. Le premier robot Unimate a été vendu à une usine d’assemblage de General Motors dans le New Jersey.


Les lois de la robotique


Les Trois lois de la robotique, formulées par l’écrivain de science-fiction Isaac Asimov, sont des règles auxquelles tous les robots positroniques qui apparaissent dans ses romans doivent obéir. Exposés pour la première fois en 1942 ces lois sont :

  • 1. Un robot ne peut porter atteinte à un être humain, ni, en restant passif, permettre qu’un être humain soit exposé au danger ;
  • 2. Un robot doit obéir aux ordres qui lui sont donnés par un être humain, sauf si de tels ordres entrent en conflit avec la première loi ;
  • 3. Un robot doit protéger son existence tant que cette protection n’entre pas en conflit avec la première ou la deuxième loi.

Pour pallier aux insuffisances de ces lois dans certaines circonstances, l’écrivain Roger MacBride Alen à énoncé les nouvelles lois de la robotique :

  • 1. Un robot ne peut porter atteinte à un être humain.
  • 2. Un robot doit coopérer avec les êtres humains, sauf si une telle coopération est en contradiction avec la Première Loi.
  • 3. Un robot doit protéger son existence, si cette protection n’est pas en contradiction avec la Première ou la Deuxième Loi.
  • 4. Un robot peut agir à sa guise, hormis si ses actions sont en contradiction avec la Première, la Deuxième ou la Troisième Loi.