Robotik

Kisa yon robo ye, tout bon?

Nan imaj popilè, yon robo se yon moun metal ki gen de je limen. Nan reyalite, yon robo se yon machin ki pran enfòmasyon sou mond lan, ki pran yon desizyon, epi ki aji. Yon machin lave ki suiv yon pwogram fiks san li pa gade anyen se yon otomàt, pa yon robo. Yon robo ki pa santi anyen pa ka adapte lè mond lan chanje.

Bouk la: Santi → Deside → Aji → Santi ankò. Yon robo fè bouk sa a 10, 50, oswa 1000 fwa pa segond. Tout sa w ap aprann nan leson sa a se pou fè bouk sa a pi rapid, pi egzak, epi pi fasil pou w konprann lè l pa mache.

Kalite robo

Pifò robo ou pral bati poukont ou se robo mobil ki gen wou: li pi senp, pi bon mache, epi li anseye prèske tout konsèp enpòtan yo.

Anatomi yon robo

        ┌─────────────────────────────┐
        │        KONTWOLÈ             │  ← "sèvo": Arduino / ESP32 / Pi
        │  (li sansò, deside, kòmande)│
        └───────┬─────────────┬───────┘
                │             │
        ┌───────▼──────┐  ┌───▼──────────┐
        │   SANSÒ      │  │  DRIVÈ MOTÈ  │
        │ distans, IMU │  │  (H-bridge)  │
        └──────────────┘  └───┬──────────┘
                              │
                        ┌─────▼─────┐
                        │  MOTÈ     │
                        └─────┬─────┘
                              │
                        ┌─────▼─────┐
                        │  WOU      │  → kò a deplase
                        └───────────┘

        + CHASI (estrikti)  + BATRI (pouvwa)  + KÒD (lojisyèl)

Aksyonè: sa ki fè robo a deplase

Yon aksyonè konvèti enèji elektrik an mouvman. Gen plizyè kalite, epi chwazi bon an se mwatye siksè a.

Koupl, vitès, ak angrenaj

Koupl (torque) se fòs wotasyon. Li mezire an N·m oswa kg·cm. Yon motè ki gen anpil koupl ka leve yon chaj lou men li vire dousman. Yon motè ki vire vit men li gen mwens koupl.

Yon angrenaj (gearbox) chanje balans lan: si rapò a se 10:1, vitès la divize pa 10 epi koupl la miltipliye pa 10 (mwens pèt). Se poutèt sa motè ak angrenaj se pi bon zanmi yon robo.

Kontwole yon motè DC

Pou kontwole yon motè DC ou bezwen de bagay:

1. Direksyon — yon pon H (H-bridge) ki ka ranvèse polarite a.
2. Vitès — PWM: ou limen/epenn kouran a byen vit. Si li limen 50% tan an, motè a resevwa ~50% vòltaj. Sa rele rapò sik (duty cycle).

// L298N: IN1/IN2 = motè goch, IN3/IN4 = motè dwat
const int IN1 = 5, IN2 = 6, IN3 = 9, IN4 = 10;

void setup() {
  pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT);
}

void moteur(int g, int d) {          // -255 rive 255
  analogWrite(IN1, g >= 0 ? g : 0);  // direksyon + vitès
  analogWrite(IN2, g >= 0 ? 0 : -g);
  analogWrite(IN3, d >= 0 ? d : 0);
  analogWrite(IN4, d >= 0 ? 0 : -d);
}

void loop() {
  moteur(180, 180);  // avanse
  delay(2000);
  moteur(180, -180); // vire sou plas
  delay(800);
}

Sonje: L298N pèdi anpil vòltaj (1,5–3 V). Pou yon robo ki sot sou batri 7,4 V, sa grav. TB6612 oswa DRV8833 pi efikas.

Servo: mouvman egzak

Yon servo resevwa yon siyal PWM 50 Hz. Yon enpilsyon 1 ms = 0°, 1,5 ms = 90°, 2 ms = 180° (apeprè). Li gen yon kontwolè entèn ki kenbe ang lan.

• Koupl: yon SG90 se ~1,8 kg·cm — ase pou yon ti bras, pa pou leve yon bwat lou.
• Kouran: yon servo ka pran 500 mA–2 A lè l anba chaj. Alimante l separeman, epi konekte tè yo ansanm.
• Pa fòse l pi lwen pase limit mekanik li — li ap chofe epi boure.

#include <Servo.h>
Servo bras;

void setup() {
  bras.attach(9);      // siyal sou pin 9
}

void loop() {
  bras.write(0);       // 0°
  delay(1000);
  bras.write(90);      // mitan
  delay(1000);
  bras.write(180);     // 180°
  delay(1000);
}

Sansò: je, zòrèy, ak po robo a

Yon robo san sansò se yon machin avèg. Men sansò ki pi komen yo ak fay yo:

Ultrasonik: fòmil la

Son vwayaje ~343 m/s nan lè a (0,0343 cm/µs). Li fè ale-retou, kidonk:

Si w mezire 5800 µs: 5800 × 0,0343 ÷ 2 = 99,5 cm.

Kontwolè: chwazi sèvo a

Règ pratik: kòmanse ak Arduino oswa ESP32 pou kontwòl motè ak sansò. Si w bezwen kamera oswa AI, ajoute yon Raspberry Pi ki pale ak Arduino a (seri oswa I2C). Pa eseye fè yon Pi kontwole motè dirèkteman san drivè.

Pouvwa: kote pifò robo echwe

Yon robo ki mache byen sou tab epi ki fou lè motè yo demare — prèske toujou se yon pwoblèm pouvwa. Men règ yo:

• Tè komen: tout bagay (batri, drivè, kontwolè, sansò) dwe pataje menm tè a. Sinon siyal yo pa gen referans.
• Alimantasyon separe: motè yo sou batri dirèkteman (ak fuse), kontwolè a sou yon regilatè estab.
• Kondansatè: 100–470 µF tou pre drivè motè a, ak 0,1 µF tou pre chak sansò. Sa absòbe bri.
• Fuse: sou fil pozitif batri a, tou pre batri a. Yon kout-sikui san fuse se yon dife.
• Kont pit vòltaj: yon batri 7,4 V ka tonbe a 6 V lè motè yo mande kouran. Verifye pi piti vòltaj kontwolè a.
• Kapasite: dire (èdtan) ≈ kapasite (mAh) ÷ kouran mwayèn (mA) × 0,8.

Kontwòl: louvri bouk ak fèmen bouk

Nan yon bouk ouvè, ou di motè a «vire 50%» epi ou espere sa mache. Nan yon bouk fèmen, ou mezire rezilta a epi ou korije.

Se PID. Li senp men li pisan:

• P (pwopòsyonèl): «plis erè, plis fòs». Twò wo → osilasyon.
• I (entegral): «akimile erè ki rete». Li retire yon deplasman konstan, men twò wo → rale.
• D (derivatif): «gade kote erè a prale». Li frennen epi diminye depase.

Metòd manyèl: kòmanse ak Ki=0, Kd=0, monte Kp jiskaske li kòmanse osile; ajoute Kd pou kalme; ajoute yon ti Ki pou retire erè ki rete. Gen yon labo PID anba a pou w santi sa.

Kinemati: kote robo a prale

Robo ak de wou (differential drive)

Si w konnen vitès wou goch (vG) ak wou dwat (vD), epi distans ant yo se L:

Si vG = vD, robo a ale dwat. Si vG = −vD, li vire sou plas. Si vG = 0, li vire alantou wou goch la.

Bras ak de segman

Pou yon bras ki gen longè L1 ak L2, ak ang θ1 ak θ2:

Sa rele kinemati dirèk: ou konnen ang yo, ou jwenn pwent lan. Kinemati envès se kontrè a: ou vle pwent lan nan yon pwen, ou kalkile ang yo. Gen yon labo pou sa tou.

Pwogramasyon yon robo

Yon pwogram robo gen yon estrikti ki toujou menm:

1. Inisyalize: konfigre pin, sansò, motè.
2. Bouk: li sansò → deside → aji.
3. Wè tan: pa sèvi ak delay() pou tout bagay; li sansò ak motè dwe kontinye.

const int TRIG = 9, ECHO = 10;

long distansCM() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  long t = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000);  // timeout 30 ms
  if (t == 0) return 999;               // pa gen eko
  return t * 0.0343 / 2;
}

void loop() {
  long d = distansCM();
  if (d < 30) {          // mi devan
    moteur(-120, 120);   // vire sou plas
  } else {
    moteur(180, 180);    // avanse
  }
  delay(50);             // 20 mezi pa segond
}

from machine import Pin, PWM
import time

g = PWM(Pin(25), freq=1000)
d = PWM(Pin(26), freq=1000)

def moteur(vg, vd):          # 0 rive 1023
    g.duty(vg)
    d.duty(vd)

while True:
    moteur(700, 700)         # avanse
    time.sleep(1)
    moteur(700, 200)         # vire
    time.sleep(0.6)

Navigasyon: pa pèdi chemen

• Odométri: konte rotasyon wou yo pou estimasyon pozisyon. Li toujou drift — li pa ase pou li menm.
• Swiv liy: de sansò IR ki kenbe w sou yon liy. Senp, solid, bon pou kòmanse.
• Swiv mi: yon sansò distans ki kenbe yon distans fiks.
• Jaden potansyèl: atire robo a sou sib la, repouse l soti nan obstak. Bon pou evite obstak.
• A*: chèche pi kout chemen sou yon griy. Bon lè w gen yon kat.
• SLAM: bati yon kat epi lokalize tèt ou an menm tan. Sa mande lidar oswa kamera ak anpil kalkil — se yon pwojè avanse.
• Fizyon sansò: konbine odométri, IMU, ak kamera pou diminye erè.

AI ak vizyon

«AI» nan robotik se sitou pèsepsyon (rekonèt sa kamera a wè) ak desizyon (chwazi aksyon).

• Vizyon klasik: seuil, koulè, kontou, deteksyon liy. Bon kòmanse ak OpenCV sou yon Pi.
• Apwantisaj pwofon: yon modèl (YOLO, MobileNet) ki detekte objè. Li kouri sou Pi ak TensorFlow Lite oswa Coral.
• Reinforcement learning: robo a aprann pa eseye nan yon similyatè. Li mande anpil tan ak yon similyatè bon.
• ESP32-CAM: bon mache pou yon kamera ki voye imaj, men li pa ase pou AI lou.

ROS: lè w grandi

ROS (Robot Operating System) se yon seri lojisyèl pou bati robo konplèks. Li pa yon sistèm operasyon; se yon «bwal zouti» kominikasyon.

• Nod: yon ti pwogram ki fè yon travay (li kamera, kontwole motè).
• Topic: yon kanal kote nod yo voye mesaj (pibliye/abòne).
• tf: sistèm pou swiv pozisyon tout pati robo a nan tan.
• Gazebo: similyatè fizik pou teste anvan w kase yon bagay reyèl.

Pa kòmanse ak ROS. Bati yon robo ki mache ak Arduino/ESP32 an premye. Lè w gen yon robo ki gen kamera, lidar, ak plizyè pati ki dwe kowòdone, ROS ap vin natirèl.

Sekirite ak etik

Pwojè: soti nan zewo rive byen lwen

1. Brushbot (0 elektwonik)

   Yon ti motè vibre, yon bwòs dan, yon batri. Li deplase aza. Objektif: wè mouvman, sant, ak enèji.

2. Robo ki evite obstak

   Chasi 2 wou, 2 motè DC, yon L298N, yon HC-SR04, yon Arduino. Premye vrè bouk fèmen: mezire → deside → aji.

3. Swiv liy ak PID

   De sansò IR, yon kontwolè, yon kòd ki kenbe robo a sou liy. Ajoute PID epi wè diferans lan.

4. Kontwòl pa Wi-Fi

   ESP32 + yon paj wèb senp sou menm rezo a. Ou ka kontwole robo a soti nan telefòn ou.

5. Bras ak servo

   Twa oswa kat servo, yon chasi, ak kinemati envès. Objektif: pran yon objè nan yon pozisyon ou chwazi.

6. Vizyon oswa SLAM

   Raspberry Pi + kamera. Detekte yon objè, swiv yon liy, oswa bati yon ti kat. Sa a se yon pwojè plizyè mwa.

Depanaj: sentòm ak solisyon