Robot suiveur de ligne

Objectif : programmer un robot pour lui permettre de suivre une ligne dessinée au sol !

Le robot AlphaBot est équipé un capteur appelé traqueur de ligne. C’est ce capteur qui va servir au guidage du robot …

Le robot est piloté par un microcontrôleur Arduino UNO.

Le traqueur de ligne

Analyse du capteur et du programme

Calibration

Essais sur la ligne au sol

Mouvements du robot

Analyse de la technique de pilotage des moteurs

Contrôle de la vitesse et du sens

Pour que la vitesse évolue au cours du temps, et de manière prédéterminée, il faut fournir au programme la loi d’évolution de la vitesse en fonction du temps.

Cela implique :

• de mesurer le temps écoulé, depuis une origine que l’on peut décaler
• de calculer la valeur de la vitesse en fonction de ce temps

Pour cela, on peut utiliser la structure de programme ci-dessous :

// les variables de temps [ms]
unsigned long dt = 100;  // pas de temps ()
unsigned long t = 0;     // le temps "courant"
unsigned long t0 = 0;    // l'instant "initial"

void setup() {
  t0 = millis();  // initialisation de l'origine du temps
} 

void loop() { 
  t = millis() - t0; // mesure du temps écoulé depuis t0

  if (t ...) {  // phase 1
    // on fait des calculs ...

  } else if (t ...) { // phase 2
    // on fait des calculs ...

  } else {  // fin du cycle
    t0 += t; // début d'une nouvelle phase
  }
  delay(dt);
}

Contrôle de la direction

Nous souhaitons que le contrôle du mouvement puisse se faire à l’aide de 2 paramètres :

• la vitesse du centre du robot : nombre entier de -255 à 255
• le « taux » de rotation : nombre entier de -100 (rotation à gauche = roue gauche fixe) à 100 (rotation à droite = roue droite fixe) 

La vitesse du centre du robot est la vitesse moyenne des centres des roues.
Elle doit rester constante, dans la mesure du possible.

Pour que la vitesse du centre du robot \(v_c\) reste constante, le taux de rotation \(r\) est calculé à l’aide de l’abaque ci dessous :

À partir d’un taux de rotation \(r\) et d’une vitesse souhaitée \(v_c\), on trouve les valeurs des vitesses des deux roues, \(v_g\) et \(v_d\), sur les deux droites passant par les deux points exprimant les taux de rotation extrêmes (roue gauche fixe et roue droite fixe), pour lesquels la vitesse de la roue opposée est égale au double de la vitesse \(v_c\).

Programmation du suivi de ligne

À présent que tout est en place pour :

• mesurer la position relative de la ligne sous le robot
• contrôler la vitesse et la direction du robot

il ne reste plus qu’à écrire le programme de suivi de ligne.

Dans cette partie, et afin d’accélérer la fréquence de calcul, nous allons réduire le pas de temps à 10ms

#include "AlphaBot.h"
#include "TRSensors2.h"

#define NUM_SENSORS 5
TRSensors trs = TRSensors();

AlphaBot bot = AlphaBot(); 

// les variables de temps [ms]
unsigned long dt = 10;    // pas de temps
unsigned long t = 0;      // le temps "courant"
unsigned long t0 = 0;     // l'instant "initial"

// Paramètres de la loi du mouvement
int Vitesse = 80;
int Rotation = 0;   // taux de rotation

// Vitesses des roues
int Lspeed = 0;
int Rspeed = 0;

void setup() {
  // Donnees de calibrations
  unsigned int minSensorValues[NUM_SENSORS] = {209, 229, 281, 256, 198};
  unsigned int maxSensorValues[NUM_SENSORS] = {640, 728, 872, 828, 716};
  trs.SetCalibrates(minSensorValues, maxSensorValues);

  t0 = millis();
} 

void loop() { 
  // Lecture de la position de la ligne (nombre entre 0 et 4000)
  ...

  if (position > ...) {  // trop à gauche
    ...

  } else if (position < .) {  // trop à droite
    ...

  } else {
    ...
  }

  // calcul des vitesses des roues
  Lspeed = ...
  Rspeed = ...
  bot.MotorRun(-Lspeed, -Rspeed);

  delay(dt);
}

Approche « tout ou rien »

Dans une première approche, on se propose de guider le robot en appliquant l’algorithme suivant :

Résultat attendu (avec une vitesse de 80) :

On constate que le comportement est un peu instable : le robot fait des rotations rapides et brusques. Parfois même, il quitte la piste !!

Il faut fortement réduire la vitesse.

Asservissement

Afin d’améliorer le comportement du robot, il faut envisager de le doter d’un comportement plus continu, en suivant le schéma bloc ci dessous.

Résultat attendu (avec une vitesse de 100) :